Skozi zgodovino življenja na Zemlji so bili organizmi nenehno izpostavljeni kozmičnim žarkom in radionuklidom, ki jih tvorijo v ozračju, ter sevanju snovi, ki so vseprisotne v naravi. Sodobno življenje se je prilagodilo vsem značilnostim in omejitvam okolja, vključno z naravnimi viri rentgenskih žarkov.
Čeprav so visoke ravni sevanja zagotovo škodljive za organizme, so nekatere vrste sevanja bistvene za življenje. Na primer, sevalno ozadje je prispevalo k temeljnim procesom kemične in biološke evolucije. Očitno je tudi dejstvo, da toploto zemeljskega jedra zagotavlja in vzdržuje razpadna toplota primarnih, naravnih radionuklidov.
kozmični žarki
Sevanje nezemeljskega izvora, ki nenehno bombardira Zemljo, se imenujeprostor.
Dejstvo, da to prodorno sevanje doseže naš planet iz vesolja in ne z Zemlje, je bilo odkrito s poskusi merjenja ionizacije na različnih nadmorskih višinah, od morske gladine do 9000 m. Ugotovljeno je bilo, da je intenzivnost ionizirajočega sevanja zmanjševal do višine 700 m, nato pa z vzponom hitro naraščal. Začetno zmanjšanje je mogoče razložiti z zmanjšanjem intenzivnosti zemeljskih gama žarkov in povečanjem z delovanjem kozmičnih žarkov.
Rentgenski viri v vesolju so naslednji:
- skupine galaksij;
- Seyfertove galaksije;
- sonce;
- zvezde;
- kvazarji;
- črne luknje;
- ostanki supernove;
- beli palčki;
- temne zvezde itd.
Dokaz takšnega sevanja, na primer, je povečanje intenzivnosti kozmičnih žarkov, opaženih na Zemlji po sončnih izbruhih. Toda naša zvezda ne prispeva največ k skupnemu toku, saj so njene dnevne variacije zelo majhne.
Dve vrsti žarkov
Kozmični žarki se delijo na primarne in sekundarne. Sevanje, ki ni v interakciji s snovjo v atmosferi, litosferi ali hidrosferi Zemlje, imenujemo primarno. Sestavljen je iz protonov (≈ 85 %) in alfa delcev (≈ 14 %), z veliko manjšimi tokovi (< 1 %) težjih jeder. Sekundarni kozmični rentgenski žarki, katerih vira sevanja sta primarno sevanje in atmosfera, so sestavljeni iz subatomskih delcev, kot so pioni, mioni inelektronov. Na morski gladini je skoraj vse opaženo sevanje sestavljeno iz sekundarnih kozmičnih žarkov, od tega 68 % mionov in 30 % elektronov. Manj kot 1 % toka na morski gladini sestavljajo protoni.
Primarni kozmični žarki imajo praviloma ogromno kinetično energijo. So pozitivno nabiti in pridobivajo energijo s pospeševanjem v magnetnih poljih. V vakuumu vesolja lahko nabiti delci obstajajo dolgo časa in potujejo na milijone svetlobnih let. Med tem letom pridobijo visoko kinetično energijo, in sicer 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). Posamezni delci imajo energije do 1010 GeV.
Visoke energije primarnih kozmičnih žarkov jim omogočajo, da ob trku dobesedno razdelijo atome v zemeljski atmosferi. Skupaj z nevtroni, protoni in subatomskimi delci lahko nastanejo lahki elementi, kot so vodik, helij in berilij. Mioni so vedno nabiti in tudi hitro razpadejo na elektrone ali pozitrone.
magnetni ščit
Intenzivnost kozmičnih žarkov se z vzponom močno poveča, dokler ne doseže maksimuma na višini približno 20 km. Od 20 km do meje atmosfere (do 50 km) se intenzivnost zmanjša.
Ta vzorec je razložen s povečanjem proizvodnje sekundarnega sevanja zaradi povečanja gostote zraka. Na višini 20 km je večina primarnega sevanja že vstopila v interakcijo, zmanjšanje intenzivnosti z 20 km na morsko gladino pa odraža absorpcijo sekundarnih žarkov.atmosfero, kar ustreza približno 10 metrim vode.
Intenzivnost sevanja je povezana tudi z zemljepisno širino. Na isti višini se kozmični tok poveča od ekvatorja do zemljepisne širine 50–60° in ostane nespremenjen do polov. To pojasnjujeta oblika zemeljskega magnetnega polja in porazdelitev energije primarnega sevanja. Črte magnetnega polja, ki segajo izven atmosfere, so običajno vzporedne z zemeljsko površino na ekvatorju in pravokotne na polih. Nabiti delci se zlahka premikajo vzdolž črt magnetnega polja, vendar ga v prečni smeri skoraj ne premagajo. Od polov do 60° skoraj vse primarno sevanje doseže zemeljsko atmosfero, na ekvatorju pa lahko v magnetni ščit prodrejo samo delci z energijami, ki presegajo 15 GeV.
Sekundarni viri rentgenskih žarkov
Zaradi interakcije kozmičnih žarkov s snovjo se nenehno proizvaja znatna količina radionuklidov. Večina jih je drobcev, nekateri pa nastanejo z aktivacijo stabilnih atomov z nevtroni ali mioni. Naravna proizvodnja radionuklidov v ozračju ustreza intenzivnosti kozmičnega sevanja v višini in zemljepisni širini. Približno 70 % jih izvira iz stratosfere, 30 % pa iz troposfere.
Z izjemo H-3 in C-14 se radionuklidi običajno nahajajo v zelo nizkih koncentracijah. Tritij se razredči in zmeša z vodo in H-2, C-14 pa se združi s kisikom, da tvori CO2, ki se meša z atmosferskim ogljikovim dioksidom. Ogljik-14 vstopi v rastline s fotosintezo.
zemeljsko sevanje
Od mnogih radionuklidov, ki so nastali z Zemljo, imajo le nekateri dovolj dolgo razpolovno dobo, da pojasnijo njihov trenutni obstoj. Če bi naš planet nastal pred približno 6 milijardami let, bi potrebovali razpolovno dobo vsaj 100 milijonov let, da bi ostali v merljivih količinah. Od doslej odkritih primarnih radionuklidov so največjega pomena trije. Vir rentgenskih žarkov je K-40, U-238 in Th-232. Uran in torij tvorita vsak verigo produktov razpadanja, ki so skoraj vedno v prisotnosti prvotnega izotopa. Čeprav je veliko hčerinskih radionuklidov kratkotrajnih, so v okolju pogosti, saj nenehno nastajajo iz dolgoživih matičnih materialov.
Drugi primordialni dolgoživi viri rentgenskih žarkov, skratka, so v zelo nizkih koncentracijah. To so Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 itd. Naravni nevtroni tvorijo številne druge radionuklide, vendar je njihova koncentracija običajno zelo nizka. Kamnolom Oklo v Gabonu v Afriki vsebuje dokaze o "naravnem reaktorju", v katerem so potekale jedrske reakcije. Izčrpavanje U-235 in prisotnost fisijskih produktov v nahajališčih bogatega urana kažeta, da se je tu pred približno 2 milijardama let zgodila spontano povzročena verižna reakcija.
Čeprav so primordialni radionuklidi povsod prisotni, se njihova koncentracija razlikuje glede na lokacijo. GlavniRezervoar naravne radioaktivnosti je litosfera. Poleg tega se v litosferi bistveno spreminja. Včasih je povezan z določenimi vrstami spojin in mineralov, včasih je povsem regionalen, z malo korelacije z vrstami kamnin in mineralov.
Porazdelitev primarnih radionuklidov in njihovih potomskih razpadnih produktov v naravnih ekosistemih je odvisna od številnih dejavnikov, vključno s kemičnimi lastnostmi nuklidov, fizikalnimi dejavniki ekosistema ter fiziološkimi in ekološkimi lastnostmi flore in favne. Preperevanje kamnin, njihovega glavnega rezervoarja, oskrbuje tla z U, Th in K. Pri tem prenosu sodelujejo tudi produkti razpada Th in U. Iz tal rastline absorbirajo K, Ra, malo U in zelo malo Th. Kalij-40 uporabljajo na enak način kot stabilen K. Radij, produkt razpada U-238, rastlina uporablja, ne zato, ker je izotop, ampak ker je kemično blizu kalciju. Vnos urana in torija v rastline je na splošno zanemarljiv, saj so ti radionuklidi običajno netopni.
radon
Najpomembnejši od vseh virov naravnega sevanja je element brez okusa in vonja, nevidni plin, ki je 8-krat težji od zraka, radon. Sestavljen je iz dveh glavnih izotopov - radona-222, enega od produktov razpadanja U-238, in radona-220, ki nastane med razpadom Th-232.
Kamnine, tla, rastline, živali oddajajo radon v ozračje. Plin je produkt razpada radija in se proizvaja v katerem koli materialuki ga vsebuje. Ker je radon inerten plin, se lahko sprosti s površin, ki pridejo v stik z atmosfero. Količina radona, ki izhaja iz določene mase kamnin, je odvisna od količine radija in površine. Manjša kot je kamnina, več radona lahko sprosti. Od hitrosti zraka je odvisna tudi koncentracija Rn v zraku ob materialih, ki vsebujejo radij. V kleteh, jamah in rudnikih, ki imajo slabo kroženje zraka, lahko koncentracije radona dosežejo znatne ravni.
Rn dokaj hitro razpade in tvori številne hčerinske radionuklide. Ko nastanejo v ozračju, se produkti razpada radona združijo s finimi prašnimi delci, ki se usedejo na tla in rastline, vdihujejo pa jih tudi živali. Padavine so še posebej učinkovite pri čiščenju radioaktivnih elementov iz zraka, vendar pa vpliv in usedanje aerosolnih delcev prispevata tudi k njihovemu odlaganju.
V zmernem podnebju so koncentracije radona v zaprtih prostorih v povprečju približno 5 do 10-krat višje kot na prostem.
V zadnjih nekaj desetletjih je človek "umetno" proizvedel več sto radionuklidov, povezanih rentgenskih žarkov, virov, lastnosti, ki se uporabljajo v medicini, vojski, proizvodnji električne energije, instrumentaciji in raziskovanju mineralov.
Posamezni učinki umetnih virov sevanja se zelo razlikujejo. Večina ljudi prejme sorazmerno majhno dozo umetnega sevanja, nekateri pa prejmejo več tisočkrat več sevanja iz naravnih virov. Umetni viri so boljšinadzorovano kot naravno.
rentgenski viri v medicini
V industriji in medicini se praviloma uporabljajo samo čisti radionuklidi, kar poenostavlja identifikacijo poti puščanja iz skladišč in postopek odlaganja.
Uporaba sevanja v medicini je zelo razširjena in ima potencial za pomemben vpliv. Vključuje vire rentgenskih žarkov, ki se uporabljajo v medicini za:
- diagnostika;
- terapija;
- analitični postopki;
- pacing.
Za diagnostiko se uporabljajo tako zaprti viri kot najrazličnejši radioaktivni sledilci. Zdravstvene ustanove na splošno razlikujejo med temi aplikacijami kot radiologijo in nuklearno medicino.
Ali je rentgenska cev vir ionizirajočega sevanja? Računalniška tomografija in fluorografija sta znani diagnostični posegi, ki se izvajata z njeno pomočjo. Poleg tega obstaja veliko aplikacij izotopskih virov v medicinski radiografiji, vključno z viri gama in beta, ter eksperimentalnimi viri nevtronov za primere, ko so rentgenski aparati neprijetni, neprimerni ali so lahko nevarni. Z okoljskega vidika radiografsko sevanje ne predstavlja tveganja, dokler so njegovi viri odgovorni in ustrezno odstranjeni. V zvezi s tem zgodovina elementov radija, radonskih igel in luminiscentnih spojin, ki vsebujejo radij, ni spodbudna.
Najpogosteje uporabljeni viri rentgenskih žarkov na podlagi 90Srali 147 Pm. S pojavom 252Cf kot prenosnega nevtronskega generatorja je nevtronska radiografija postala široko dostopna, čeprav je na splošno tehnika še vedno zelo odvisna od razpoložljivosti jedrskih reaktorjev.
nuklearna medicina
Glavne nevarnosti za okolje so oznake radioizotopov v nuklearni medicini in viri rentgenskih žarkov. Primeri neželenih vplivov so naslednji:
- obsevanje pacienta;
- obsevanje bolnišničnega osebja;
- izpostavljenost med prevozom radioaktivnih farmacevtskih izdelkov;
- vpliv med proizvodnjo;
- izpostavljenost radioaktivnim odpadkom.
V zadnjih letih je opaziti trend zmanjševanja izpostavljenosti bolnikov z uvedbo krajše živečih izotopov z ožjim učinkom in uporabo bolj lokaliziranih zdravil.
Krajši razpolovni čas zmanjša vpliv radioaktivnih odpadkov, saj se večina dolgoživih elementov izloča skozi ledvice.
Zdi se, da vpliv kanalizacije na okolje ni odvisen od tega, ali je bolnik bolnišnično ali ambulantno. Medtem ko je večina sproščenih radioaktivnih elementov verjetno kratkotrajna, kumulativni učinek daleč presega ravni onesnaženosti vseh jedrskih elektrarn skupaj.
Najpogosteje uporabljeni radionuklidi v medicini so rentgenski viri:
- 99mTc – skeniranje lobanje in možganov, skeniranje možganske krvi, srca, jeter, pljuč, ščitnice, placentna lokalizacija;
- 131I - kri, slikanje jeter, lokalizacija placente, slikanje ščitnice in zdravljenje;
- 51Cr - določitev trajanja obstoja rdečih krvnih celic ali sekvestracije, volumna krvi;
- 57Co - Schilling test;
- 32P – kostne metastaze.
Razširjena uporaba postopkov radioimunskega testa, analize urina in drugih raziskovalnih metod z uporabo označenih organskih spojin je znatno povečala uporabo tekočih scintilacijskih pripravkov. Raztopine organskega fosforja, običajno na osnovi toluena ali ksilena, predstavljajo precej veliko količino tekočih organskih odpadkov, ki jih je treba odstraniti. Predelava v tekoči obliki je potencialno nevarna in okolju nesprejemljiva. Zaradi tega je prednostno sežiganje odpadkov.
Ker se dolgoživi 3H ali 14C zlahka raztopijo v okolju, je njihova izpostavljenost v mejah normale. Toda kumulativni učinek je lahko pomemben.
Druga medicinska uporaba radionuklidov je uporaba plutonijevih baterij za napajanje srčnih spodbujevalnikov. Na tisoče ljudi je danes živih, ker te naprave pomagajo pri delovanju njihovega srca. Zaprti viri 238Pu (150 GBq) so kirurško implantirani bolnikom.
Industrijski rentgenski žarki: viri, lastnosti, aplikacije
Medicina ni edino področje, na katerem je ta del elektromagnetnega spektra našel uporabo. Radioizotopi in viri rentgenskih žarkov, ki se uporabljajo v industriji, so pomemben del tehnogenega sevanja. Primeri uporabe:
- industrijska radiografija;
- meritev sevanja;
- detektorji dima;
- samosvetleči materiali;
- rentgenska kristalografija;
- skenerji za pregled prtljage in ročne prtljage;
- rentgenski laserji;
- sinhrotroni;
- ciklotroni.
Ker večina teh aplikacij vključuje uporabo inkapsuliranih izotopov, se izpostavljenost sevanju pojavi med transportom, prenosom, vzdrževanjem in odstranjevanjem.
Ali je rentgenska cev vir ionizirajočega sevanja v industriji? Da, uporablja se v letaliških sistemih za neporušno testiranje, pri preučevanju kristalov, materialov in struktur ter pri industrijskem nadzoru. V zadnjih desetletjih so doze izpostavljenosti sevanju v znanosti in industriji dosegle polovico vrednosti tega kazalnika v medicini; zato je prispevek pomemben.
Inkapsulirani viri rentgenskih žarkov sami po sebi imajo majhen učinek. Toda njihov prevoz in odstranjevanje sta zaskrbljujoča, ko se izgubijo ali pomotoma odvržejo na odlagališče. Takšni viriRentgenski žarki so običajno dobavljeni in nameščeni kot dvojno zaprti diski ali cilindri. Kapsule so izdelane iz nerjavečega jekla in zahtevajo občasno preverjanje puščanja. Njihovo odstranjevanje je lahko problem. Kratkoživi viri se lahko shranijo in razgradijo, a tudi takrat jih je treba ustrezno evidentirati, ostanke aktivne snovi pa odstraniti v pooblaščenem obratu. V nasprotnem primeru je treba kapsule poslati v specializirane ustanove. Njihova moč določa material in velikost aktivnega dela vira rentgenskih žarkov.
Lokacije za shranjevanje virov rentgenskih žarkov
Naraščajoča težava je varna razgradnja in dekontaminacija industrijskih območij, kjer so bili v preteklosti shranjeni radioaktivni materiali. To so večinoma starejši obrati za jedrsko predelavo, vendar je treba vključiti tudi druge industrije, kot so obrati za proizvodnjo samosvetlečih tritijevih znakov.
Posebna težava so dolgoživi viri nizke ravni, ki so zelo razširjeni. Na primer, 241Am se uporablja v detektorjih dima. Poleg radona so to glavni viri rentgenskega sevanja v vsakdanjem življenju. Posamezno ne predstavljajo nikakršne nevarnosti, vendar lahko veliko število od njih v prihodnosti predstavlja težavo.
jedrske eksplozije
V zadnjih 50 letih so bili vsi izpostavljeni sevanju zaradi padavin, ki jih povzročajo poskusi jedrskega orožja. Njihov vrhunec je bil na1954-1958 in 1961-1962.
Leta 1963 so tri države (ZSSR, ZDA in Velika Britanija) podpisale sporazum o delni prepovedi jedrskih poskusov v ozračju, oceanu in vesolju. V naslednjih dveh desetletjih sta Francija in Kitajska izvedli vrsto veliko manjših testov, ki so prenehali leta 1980. Podzemni testi še vedno potekajo, vendar na splošno ne povzročajo padavin.
Radioaktivna kontaminacija zaradi atmosferskih testov pade blizu mesta eksplozije. Nekateri od njih ostanejo v troposferi in jih veter prenaša po vsem svetu na isti zemljepisni širini. Ko se premikajo, padejo na tla in ostanejo približno mesec dni v zraku. Toda večina jih potisne v stratosfero, kjer onesnaženje ostaja več mesecev in se počasi potopi po vsem planetu.
Radioaktivni izpadi vključujejo več sto različnih radionuklidov, vendar le nekaj izmed njih lahko vpliva na človeško telo, zato je njihova velikost zelo majhna, razpad pa hiter. Najpomembnejši so C-14, Cs-137, Zr-95 in Sr-90.
Zr-95 ima razpolovno dobo 64 dni, medtem ko imata Cs-137 in Sr-90 približno 30 let. Samo ogljik-14 z razpolovno dobo 5730 bo ostal aktiven daleč v prihodnost.
jedrska energija
Jedrska energija je najbolj kontroverzen od vseh antropogenih virov sevanja, vendar zelo malo prispeva k vplivom na zdravje ljudi. Med normalnim delovanjem jedrski objekti sproščajo v okolje zanemarljive količine sevanja. februarja 2016V 31 državah je delovalo 442 civilnih jedrskih reaktorjev, še 66 pa je bilo v gradnji. To je le del cikla proizvodnje jedrskega goriva. Začne se z rudarjenjem in mletjem uranove rude ter nadaljuje s proizvodnjo jedrskega goriva. Po uporabi v elektrarnah se gorivne celice včasih ponovno predelajo za pridobivanje urana in plutonija. Na koncu se cikel konča z odlaganjem jedrskih odpadkov. Na vsaki stopnji tega cikla se lahko sproščajo radioaktivne snovi.
Približno polovica svetovne proizvodnje uranove rude prihaja iz odprtih kopov, druga polovica pa iz rudnikov. Nato ga zdrobijo v bližnjih drobilnicah, ki proizvedejo veliko količino odpadkov – na stotine milijonov ton. Ti odpadki ostanejo radioaktivni milijone let po prenehanju delovanja elektrarne, čeprav je sevanje zelo majhen del naravnega ozadja.
Po tem se uran z nadaljnjo predelavo in čiščenjem v obratih za obogatitev pretvori v gorivo. Ti procesi vodijo do onesnaženja zraka in vode, vendar je veliko manj kot v drugih fazah gorivnega cikla.
