Radioaktivni vir je določena količina radionuklida, ki oddaja ionizirajoče sevanje. Slednje običajno vključuje gama žarke, alfa in beta delce ter nevtronsko sevanje.
Vloga virov
Lahko se uporabljajo za obsevanje, kadar sevanje opravlja ionizacijsko funkcijo, ali kot vir meroslovnega sevanja za kalibracijo radiometričnega procesa in instrumentov. Uporabljajo se tudi za spremljanje industrijskih procesov, kot je merjenje debeline v papirni in jeklarski industriji. Vire lahko zapremo v posodo (visoko prodorno sevanje) ali odložimo na površino (nizko prodorno sevanje) ali v tekočino.
Pomen in uporaba
Kot vir sevanja se uporabljajo v medicini za radioterapijo in v industriji za radiografijo, obsevanjehrana, sterilizacija, zatiranje škodljivcev in navzkrižno povezovanje s PVC obsevanjem.
Radionuklidi
Radionuklide izberemo glede na vrsto in naravo sevanja, njegovo intenzivnost in razpolovno dobo. Pogosti viri radionuklidov so kob alt-60, iridij-192 in stroncij-90. Merjenje količine aktivnosti vira SI je Becquerel, čeprav je zgodovinska Curiejeva enota še vedno v delni uporabi, na primer v ZDA, kljub temu, da ameriški NIST močno priporoča uporabo enote SI. Za zdravstvene namene je v EU obvezen.
Življenjska doba
Vir sevanja običajno živi 5 do 15 let, preden njegova aktivnost pade na varno raven. Če pa so na voljo radionuklidi z dolgim razpolovnim časom, jih je mogoče uporabljati kot orodja za kalibracijo veliko dlje.
Zaprto in skrito
Veliko radioaktivnih virov je zaprtih. To pomeni, da so trajno bodisi popolnoma vsebovani v kapsuli bodisi trdno vezani s trdno snovjo na površino. Kapsule so običajno izdelane iz nerjavnega jekla, titana, platine ali druge inertne kovine. Uporaba zaprtih virov odpravi tako rekoč vso nevarnost razpršitve radioaktivnega materiala v okolje zaradi nepravilnega ravnanja, vendar posoda ni zasnovana za dušenje sevanja, zato je za zaščito pred sevanjem potrebna dodatna zaščita. Zaprte se uporabljajo tudi v skoraj vseh primerih, kjer nepotrebna je kemična ali fizična vključitev v tekočino ali plin.
Zaprte vire IAEA razvršča glede na njihove dejavnosti v zvezi z minimalno nevarnim radioaktivnim predmetom (ki lahko povzroči znatno škodo ljudem). Uporabljeno razmerje je A/D, kjer je A izvorna aktivnost in D najmanjša nevarna aktivnost.
Upoštevajte, da viri z dovolj nizkim radioaktivnim izkoristkom (kot so tisti, ki se uporabljajo v detektorjih dima), da ne škodujejo ljudem, niso razvrščeni.
kapsule
Kapsulni viri, kjer sevanje učinkovito prihaja iz točke, se uporabljajo za kalibracijo beta, gama in rentgenskih instrumentov. V zadnjem času niso bili priljubljeni tako kot industrijski objekti kot predmeti za študij.
ploščevalne vzmeti
Široko se uporabljajo za kalibracijo instrumentov za radioaktivno kontaminacijo. Se pravi, igrajo vlogo nekakšnih čudežnih števcev.
Za razliko od vira kapsule mora biti ozadje, ki ga oddaja plošča, na površini, da se prepreči bledenje posode ali samozaščita zaradi narave materiala. To je še posebej pomembno za alfa delce, ki jih majhna masa zlahka zaustavi. Braggova krivulja prikazuje učinek dušenja v atmosferskem zraku.
Neodprto
Neodprti viri so tisti, ki niso v trajno zaprti posodi in se pogosto uporabljajo v medicinske namene. Uporabljajo se v primerihko je treba vir raztopiti v tekočini za injiciranje bolniku ali zaužitje. Uporabljajo se tudi v industriji na podoben način za odkrivanje puščanja kot radioaktivni sledilnik.
Recikliranje in okoljski vidiki
Odlaganje radioaktivnih virov, ki jim je potekel rok uporabe, predstavlja podobne težave kot odstranjevanje drugih jedrskih odpadkov, čeprav v manjši meri. Izrabljeni nizkoaktivni viri bodo včasih dovolj neaktivni, da jih je mogoče odstraniti z običajnimi metodami odstranjevanja odpadkov, običajno na odlagališčih. Druge metode odlaganja so podobne tistim, ki se uporabljajo za višje radioaktivne odpadke, pri čemer se uporabljajo različne globine vrtine, odvisno od aktivnosti odpadkov.
Poznan primer neprevidnega ravnanja s takšnim predmetom je bila nesreča v Goianii, ki je povzročila smrt več ljudi.
Sevanje ozadja
Sevanje ozadja je vedno prisotno na Zemlji. Večina sevanja v ozadju izvira naravno iz mineralov, medtem ko majhen del izvira iz elementov, ki jih je ustvaril človek. Naravni radioaktivni minerali v zemlji, tleh in vodi proizvajajo sevanje v ozadju. Človeško telo celo vsebuje nekaj teh naravnih radioaktivnih mineralov. Kozmično sevanje prispeva tudi k sevalnemu ozadju okoli nas. Obstajajo lahko velike razlike v ravni sevanja naravnega ozadja od kraja do kraja, pa tudi spremembe na isti lokaciji skozi čas. Naravni radioizotopi so zelo močno ozadjeoddajniki.
kozmično sevanje
Kozmično sevanje prihaja iz izjemno energičnih delcev Sonca in zvezd, ki vstopajo v Zemljino atmosfero. To pomeni, da lahko ta nebesna telesa imenujemo viri radioaktivnega sevanja. Nekateri delci udarijo v tla, drugi pa sodelujejo z atmosfero in ustvarjajo različne vrste sevanja. Ravni se povečajo, ko se približate radioaktivnemu objektu, zato se količina kozmičnega sevanja običajno poveča sorazmerno z vzponom. Višja kot je nadmorska višina, večji je odmerek. Zato tisti, ki živijo v Denverju v Koloradu (5280 čevljev), prejmejo višjo letno dozo sevanja zaradi kozmičnega sevanja kot vsi, ki živijo na morski gladini (0 čevljev).
Rudarjenje urana v Rusiji ostaja kontroverzna in "vroča" tema, saj je to delo izjemno nevarno. Seveda se uran in torij, ki se nahajata v zemlji, imenujeta primarni radionuklidi in sta vir zemeljskega sevanja. Količine urana, torija in njihovih razpadnih produktov v sledovih lahko najdemo povsod. Več o radioaktivnem razpadu. Ravni zemeljskega sevanja se razlikujejo glede na lokacijo, vendar so na območjih z višjimi koncentracijami urana in torija v površinskih tleh običajno višje ravni odmerka. Zato so ljudje, ki se ukvarjajo z rudarjenjem urana v Rusiji, zelo ogroženi.
Sevanje in ljudje
V človeškem telesu lahko najdemo sledi radioaktivnih snovi (predvsem naravni kalij-40). Element najdemo v hrani, zemlji in vodi, ki jo misprejeti. Naša telesa vsebujejo majhne količine sevanja, ker telo na enak način presnavlja neradioaktivne in radioaktivne oblike kalija in drugih elementov.
Majhen delež sevanja v ozadju izvira iz človeških dejavnosti. Količine radioaktivnih elementov v sledovih so bile razpršene v okolje zaradi testiranja jedrskega orožja in nesreč, kakršna se je zgodila v jedrski elektrarni Černobil v Ukrajini. Jedrski reaktorji sproščajo majhne količine radioaktivnih elementov. Radioaktivni materiali, ki se uporabljajo v industriji in celo v nekaterih potrošniških izdelkih, oddajajo tudi majhne količine sevanja ozadja.
Vsi smo vsak dan izpostavljeni sevanju naravnih virov, kot so minerali v zemlji, in umetnih virov, kot so medicinski rentgenski žarki. Po podatkih Nacionalnega sveta za zaščito in merjenje sevanja (NCRP) je povprečna letna izpostavljenost ljudi sevanju v Združenih državah 620 miliremov (6,2 milisiverta).
V naravi
Radioaktivne snovi pogosto najdemo v naravi. Nekaj jih najdemo v tleh, kamninah, vodi, zraku in vegetaciji, iz katerih jih vdihavamo in zaužijemo. Poleg te notranje izpostavljenosti so ljudje deležni tudi zunanje izpostavljenosti zaradi radioaktivnih snovi, ki ostanejo zunaj telesa, in kozmičnega sevanja iz vesolja. Povprečna dnevna naravna doza za ljudi je približno 2,4 mSv (240 mrem) na leto.
To je štirikrat večglobalna povprečna izpostavljenost umetnemu sevanju v svetu, ki je leta 2008 znašala približno 0,6 mrem (60 Rem) na leto. V nekaterih bogatih državah, kot sta ZDA in Japonska, umetna izpostavljenost v povprečju presega naravno izpostavljenost zaradi večjega dostopa do posebnih medicinskih instrumentov. V Evropi se povprečna izpostavljenost naravnemu ozadju v državah giblje od 2 mSv (200 mrem) na leto v Združenem kraljestvu do več kot 7 mSv (700 mrem) za nekatere skupine ljudi na Finskem.
Dnevna izpostavljenost
Izpostavljenost naravnim virom je sestavni del vsakdanjega življenja tako na delovnem mestu kot na javnih mestih. Takšne izpostavljenosti so v večini primerov malo ali nič javnega pomena, vendar je v določenih situacijah treba upoštevati ukrepe varovanja zdravja, na primer pri delu z uranovimi in torijevimi rudami ter drugimi naravno prisotnimi radioaktivnimi materiali (NORM). Te razmere so bile v zadnjih letih v središču pozornosti Agencije. In to, ne da bi omenjali primere nesreč z izpustom radioaktivnih snovi, kot sta nesreča v jedrski elektrarni Černobil in v Fukušimi, ki je prisilila znanstvenike in politike po vsem svetu, da so ponovno premislili o svojem odnosu do "miroljubnega atoma".
zemeljsko sevanje
Zemeljsko sevanje vključuje samo vire, ki ostanejo zunaj telesa. Toda hkrati ostajajo nevarni radioaktivni viri sevanja. Glavni zaskrbljujoči radionuklidi so kalij, uran in torij, njihovi razpadni produkti. innekateri, kot sta radij in radon, so zelo radioaktivni, vendar se pojavljajo v nizkih koncentracijah. Število teh objektov se je od nastanka Zemlje nezadržno zmanjšalo. Trenutna sevalna aktivnost, povezana s prisotnostjo urana-238, je za polovico manjša kot na začetku obstoja našega planeta. To je posledica njegove razpolovne dobe 4,5 milijarde let, za kalij-40 (razpolovna doba 1,25 milijarde let) pa je le približno 8 % prvotne. Toda v času obstoja človeštva se je količina sevanja zelo rahlo zmanjšala.
Številni izotopi s krajšo razpolovno dobo (in zato z visoko radioaktivnostjo) niso razpadli zaradi njihove stalne naravne proizvodnje. Primera za to sta radij-226 (razpadni produkt torija-230 v razpadni verigi urana-238) in radon-222 (razpadni produkt radija-226 v tej verigi).
torij in uran
Radioaktivna kemična elementa torij in uran se večinoma podvržeta alfa in beta razpadu in ju ni lahko zaznati. Zaradi tega so zelo nevarni. Vendar pa lahko enako rečemo o protonskem sevanju. Vendar pa so številni njihovi stranski derivati teh elementov tudi močni oddajniki gama. Torij-232 je zaznan z vrhom 239 keV iz svinca-212, 511, 583 in 2614 keV iz talija-208 ter 911 in 969 keV iz aktinija-228. Radioaktivni kemični element Uran-238 se pojavlja kot vrhovi bizmuta-214 pri 609, 1120 in 1764 keV (glej isti vrh za atmosferski radon). Kalij-40 se zazna neposredno skozi vrh 1461 gamakeV.
Raven nad morjem in drugimi velikimi vodnimi telesi običajno znaša približno desetino zemeljskega ozadja. Nasprotno pa lahko obalna območja (in regije v bližini sladke vode) dodatno prispevajo razpršene usedline.
radon
Največji vir radioaktivnega sevanja v naravi je radon v zraku, radioaktivni plin, ki se sprošča iz zemlje. Radon in njegovi izotopi, matični radionuklidi in produkti razpada prispevajo k povprečni vdihljivi dozi 1,26 mSv/leto (milisivert na leto). Radon je neenakomerno razporejen in se spreminja glede na vremenske razmere, tako da se v mnogih delih sveta, kjer predstavlja veliko nevarnost za zdravje, uporabljajo veliko večje odmerke. Koncentracije, ki so 500-krat višje od svetovnega povprečja, so bile ugotovljene v zgradbah v Skandinaviji, ZDA, Iranu in na Češkem. Radon je produkt razpada urana, ki je razmeroma pogost v zemeljski skorji, vendar je bolj koncentriran v rudonosnih kamninah, raztresenih po vsem svetu. Radon iz teh rud uhaja v ozračje ali podtalnico, pronica pa tudi v zgradbe. Skupaj s produkti razpadanja se lahko vdihne v pljuča, kjer ostanejo še nekaj časa po izpostavljenosti. Zaradi tega je radon razvrščen kot naravni vir sevanja.
Izpostavljenost radonu
Čeprav se radon pojavlja naravno, lahko njegove učinke povečajo ali zmanjšajo človeške dejavnosti, kot je gradnja hiše. Slabo zaprta kletDobro izoliran dom lahko povzroči kopičenje radona v domu, kar ogroža njegove stanovalce. Razširjena gradnja dobro izoliranih in zaprtih domov v industrializiranih državah severa je povzročila, da je radon postal glavni vir sevanja v ozadju v nekaterih skupnostih v severni Severni Ameriki in Evropi. Nekateri gradbeni materiali, kot so lahki beton s galunom iz skrilavca, fosfogipsom in italijanskim tufom, lahko sproščajo radon, če vsebujejo radij in so porozni za plin.
Izpostavljenost sevanju zaradi radona je posredna. Radon ima kratko razpolovno dobo (4 dni) in razpade na druge trdne delce radioaktivnih nuklidov serije radij. Ti radioaktivni elementi se vdihnejo in ostanejo v pljučih, kar povzroči dolgotrajno izpostavljenost. Tako naj bi bil radon drugi vodilni vzrok pljučnega raka po kajenju in je odgovoren za med 15.000 in 22.000 smrti zaradi raka na leto samo v ZDA. Vendar pa razprava o nasprotnih eksperimentalnih rezultatih še vedno poteka.
Večino atmosferskega ozadja povzročajo radon in njegovi razpadni produkti. Gama spekter kaže opazne vrhove pri 609, 1120 in 1764 keV, ki pripadajo bizmutu-214, produktu razpada radona. Atmosfersko ozadje je močno odvisno od smeri vetra in meteoroloških razmer. Radon se lahko sprošča tudi iz tal v izbruhu in nato tvori "radonske oblake", ki lahko potujejo na desetine kilometrov.
Vesoljsko ozadje
Zemlja in vsa živa bitja na njej so nenehnobombardira sevanje iz vesolja. To sevanje je v glavnem sestavljeno iz pozitivno nabitih ionov, od protonov do železa, in večjih jeder, proizvedenih zunaj našega sončnega sistema. To sevanje sodeluje z atomi v ozračju in ustvarja sekundarni zračni tok, vključno z rentgenskimi žarki, mioni, protoni, alfa delci, pioni, elektroni in nevtroni.
Neposredna doza kozmičnega sevanja v glavnem izvira iz mionov, nevtronov in elektronov, v različnih delih sveta pa se razlikuje glede na geomagnetno polje in nadmorsko višino. Na primer, mesto Denver v Združenih državah (na nadmorski višini 1650 metrov) prejme približno dvakrat večji odmerek kozmičnih žarkov kot na točki na morski gladini.
To sevanje je veliko močnejše v zgornji troposferi na približno 10 km in je zato še posebej zaskrbljujoče za člane posadke in redne potnike, ki v tem okolju preživijo veliko ur na leto. Po različnih študijah letalske posadke med svojimi leti običajno prejmejo dodatno delovno dozo v razponu od 2,2 mSv (220 mrem) na leto do 2,19 mSv/leto.
Sevanje v orbiti
Podobno kozmični žarki povzročajo večjo izpostavljenost ozadju za astronavte kot za ljudi na zemeljskem površju. Astronavti, ki delajo v nizkih orbitah, kot so zaposleni na mednarodnih vesoljskih postajah ali shuttlei, so delno zaščiteni z zemeljskim magnetnim poljem, trpijo pa tudi za tako imenovanim Van Allenovim pasom, ki je posledica zemeljskega magnetnega polja. Zunaj nizke Zemljine orbite, nprTo sevanje v ozadju, ki ga doživljajo astronavti Apolla, ki potujejo na Luno, je veliko bolj intenzivno in predstavlja pomembno oviro za morebitno prihodnje dolgoročno človeško raziskovanje Lune ali Marsa.
Kozmični vplivi povzročajo tudi elementarno transmutacijo v ozračju, pri kateri se sekundarno sevanje, ki ga ustvarjajo, združi z atomskimi jedri v atmosferi in tvori različne nuklide. Proizvaja se lahko veliko tako imenovanih kozmogenih nuklidov, verjetno pa je najbolj opazen ogljik-14, ki nastane z interakcijo z atomi dušika. Ti kozmogeni nuklidi sčasoma dosežejo zemeljsko površino in se lahko vključijo v žive organizme. Proizvodnja teh nuklidov se med kratkotrajnimi metamorfozami sončnega toka nekoliko razlikuje, vendar velja za praktično konstantno v velikih obsegih - od tisoč do milijonov let. Nenehna proizvodnja, vgrajevanje in razmeroma kratka razpolovna doba ogljika-14 so načela, ki se uporabljajo pri radiokarbonskem datiranju starodavnih bioloških materialov, kot so leseni artefakti ali človeški ostanki.
gama žarki
Kozmično sevanje na morski gladini se običajno pojavi kot gama sevanje z močjo 511 keV zaradi uničenja pozitronov, ki nastane zaradi jedrskih reakcij visokoenergetskih delcev in gama žarkov. Na velikih nadmorskih višinah je prispevek tudi neprekinjen spekter zavornega sevanja. Zato je med znanstveniki vprašanje sončnega sevanja in ravnotežja sevanja zelo pomembno.
Sevanje v telesu
Dva najpomembnejša elementa, ki sestavljata človeško telo, in sicer kalij in ogljik, vsebujeta izotope, ki močno povečajo našo dozo sevanja v ozadju. To pomeni, da so lahko tudi vir radioaktivnega sevanja.
Nevarni kemični elementi in spojine se ponavadi kopičijo. Povprečno človeško telo vsebuje približno 17 miligramov kalija-40 (40K) in približno 24 nanogramov (10-8 g) ogljika-14 (14C) (razpolovna doba - 5730 let). Če ne upoštevamo notranje kontaminacije z zunanjimi radioaktivnimi snovmi, sta ta dva elementa največja komponenta notranje izpostavljenosti biološko funkcionalnim komponentam človeškega telesa. Približno 4000 jeder razpade pri 40K na sekundo in enako število pri 14C. Energija beta delcev, ki nastanejo pri 40K, je približno 10-krat večja od energije beta delcev, ki nastanejo pri 14C.
14C je prisoten v človeškem telesu pri približno 3700 Bq (0,1 µCi) z biološko razpolovno dobo 40 dni. To pomeni, da razpad 14C proizvede približno 3700 beta delcev na sekundo. Približno polovica človeških celic vsebuje atom 14C.
Globalna povprečna notranja doza radionuklidov razen radona in njegovih razpadnih produktov je 0,29 mSv/leto, od tega je 0,17 mSv/leto pri 40K, 0,12 mSv/leto prihaja iz serije urana in torija in 12 μSv leto - od 14C. Omeniti velja tudi, da so pogosto tudi medicinski rentgenski aparatiradioaktivno, vendar njihovo sevanje ni nevarno za ljudi.
