A földi élet története során az élőlények folyamatosan ki voltak téve a kozmikus sugárzásnak és az általuk képződött radionuklidoknak a légkörben, valamint a természetben mindenütt előforduló anyagok sugárzásának. A modern élet alkalmazkodott a környezet minden jellemzőjéhez és korlátjához, beleértve a röntgensugárzás természetes forrásait is.
Bár a magas szintű sugárzás minden bizonnyal káros az élőlényekre, bizonyos típusú sugárzások elengedhetetlenek az élethez. Például a sugárzási háttér hozzájárult a kémiai és biológiai evolúció alapvető folyamataihoz. Az is nyilvánvaló, hogy a Föld magjának hőjét a primer, természetes radionuklidok bomláshője biztosítja és tartja fenn.
Kozmikus sugarak
A Földet folyamatosan bombázó, földönkívüli eredetű sugárzást ún.szóköz.
Azt a tényt, hogy ez a behatoló sugárzás a világűrből éri el bolygónkat, nem a Földről, az ionizáció mérésére irányuló kísérletek során fedezték fel különböző magasságokban, tengerszinttől 9000 m-ig. Megállapították, hogy az ionizáló sugárzás intenzitása 700 m magasságig csökkent, majd az emelkedéssel gyorsan növekedett. A kezdeti csökkenés a földi gamma-sugarak intenzitásának csökkenésével, a kozmikus sugarak hatásának növekedésével magyarázható.
A térben lévő röntgenforrások a következők:
- galaxiscsoportok;
- Seyfert-galaxisok;
- V;
- csillagok;
- kvazárok;
- fekete lyukak;
- szupernova maradványok;
- fehér törpék;
- sötét csillagok stb.
Az ilyen sugárzás bizonyítéka például a kozmikus sugarak intenzitásának növekedése a Földön a napkitörések után. De a csillagunk nem járul hozzá a fő fluxushoz, mivel napi ingadozása nagyon kicsi.
Kétféle sugárzás
A kozmikus sugarakat elsődleges és másodlagosra osztják. Primer sugárzásnak nevezzük azt a sugárzást, amely nem lép kölcsönhatásba a Föld légkörében, litoszférájában vagy hidroszférájában lévő anyagokkal. Protonokból (≈ 85%) és alfa részecskékből (≈ 14%) áll, a nehezebb magok sokkal kisebb fluxusaival (< 1%). A másodlagos kozmikus röntgensugarak, amelyek sugárzási forrásai az elsődleges sugárzás és a légkör, szubatomi részecskékből állnak, például pionokból, müonokból éselektronok. A tengerszinten szinte minden megfigyelt sugárzás másodlagos kozmikus sugarakból áll, amelyek 68%-a müon, 30%-a elektron. A tengerszinti fluxus kevesebb mint 1%-a protonokból áll.
Az elsődleges kozmikus sugarak általában hatalmas kinetikus energiával rendelkeznek. Pozitív töltésűek, és a mágneses mezőkben felgyorsulva nyernek energiát. A világűr vákuumában a töltött részecskék hosszú ideig létezhetnek, és több millió fényévet utazhatnak. E repülés során nagy kinetikus energiára tesznek szert, 2-30 GeV nagyságrendben (1 GeV=109 eV). Az egyes részecskék energiája legfeljebb 1010 GeV.
Az elsődleges kozmikus sugarak nagy energiái lehetővé teszik számukra, hogy ütközéskor szó szerint kettéhasítsák az atomokat a Föld légkörében. A neutronok, protonok és szubatomi részecskék mellett könnyű elemek, például hidrogén, hélium és berillium képződhetnek. A müonok mindig feltöltöttek, és gyorsan bomlanak elektronokká vagy pozitronokká.
Mágneses pajzs
A kozmikus sugarak intenzitása meredeken növekszik az emelkedés során, amíg el nem éri a maximumot körülbelül 20 km-es magasságban. 20 km-től a légkör határáig (50 km-ig) az intenzitás csökken.
Ezt a mintát a másodlagos sugárzás termelésének növekedése magyarázza a levegő sűrűségének növekedése következtében. 20 km-es magasságban a primer sugárzás nagy része már kölcsönhatásba került, és az intenzitás 20 km-ről a tengerszintre való csökkenése a másodlagos sugarak elnyelését tükrözi.atmoszféra, ami körülbelül 10 méter víznek felel meg.
A sugárzás intenzitása a szélességhez is kapcsolódik. Ugyanebben a magasságban a kozmikus áramlás az Egyenlítőtől 50–60°-os szélességig növekszik, és a sarkokig állandó marad. Ezt a Föld mágneses mezejének alakja és az elsődleges sugárzás energiájának eloszlása magyarázza. Az atmoszférán túlnyúló mágneses erővonalak az egyenlítőnél általában párhuzamosak a földfelszínnel, a sarkokon pedig merőlegesek. A töltött részecskék könnyen mozognak a mágneses tér vonalai mentén, de alig győzik le azt keresztirányban. A pólusoktól a 60°-ig gyakorlatilag az összes primer sugárzás eléri a Föld légkörét, és az Egyenlítőnél csak a 15 GeV-ot meghaladó energiájú részecskék tudnak áthatolni a mágneses pajzson.
Másodlagos röntgenforrások
A kozmikus sugarak anyaggal való kölcsönhatása következtében folyamatosan jelentős mennyiségű radionuklid keletkezik. Többségük töredék, de egy részük stabil atomok neutronok vagy müonok általi aktiválásával jön létre. A radionuklidok természetes termelése a légkörben megfelel a kozmikus sugárzás intenzitásának magasságban és szélességben. Körülbelül 70%-uk a sztratoszférából, 30%-a pedig a troposzférából származik.
A H-3 és C-14 kivételével a radionuklidok általában nagyon alacsony koncentrációban találhatók. A tríciumot felhígítják és vízzel és H-2-vel keverik, a C-14 pedig oxigénnel egyesül, így CO2 keletkezik, amely a légköri szén-dioxiddal keveredik. A szén-14 fotoszintézis útján jut be a növényekbe.
Föld sugárzása
A Földdel együtt kialakult számos radionuklid közül csak néhánynak van elég hosszú felezési ideje ahhoz, hogy megmagyarázza jelenlegi létezését. Ha bolygónk körülbelül 6 milliárd évvel ezelőtt keletkezett, legalább 100 millió éves felezési időre lenne szükségük ahhoz, hogy mérhető mennyiségben maradjanak. Az eddig felfedezett elsődleges radionuklidok közül háromnak van a legnagyobb jelentősége. A röntgenforrás a K-40, az U-238 és a Th-232. Az urán és a tórium bomlástermékek láncát alkotják, amelyek szinte mindig az eredeti izotóp jelenlétében vannak. Bár sok leány radionuklid rövid életű, gyakoriak a környezetben, mivel folyamatosan hosszú élettartamú alapanyagokból képződnek.
Más ősi, hosszú életű röntgenforrások, röviden, nagyon alacsony koncentrációban vannak jelen. Ezek az Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 stb. A természetben előforduló neutronok sok más radionuklidot képeznek, de koncentrációjuk általában nagyon alacsony. Az afrikai Gabonban található Oklo kőbánya bizonyítékokat tartalmaz egy "természetes reaktorról", amelyben nukleáris reakciók zajlottak. Az U-235 kimerülése és a hasadási termékek jelenléte a gazdag urániumban azt jelzi, hogy körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt itt egy spontán kiváltott láncreakció ment végbe.
Bár az ősi radionuklidok mindenütt jelen vannak, koncentrációjuk helyenként változik. FőA természetes radioaktivitás tározója a litoszféra. Ráadásul a litoszférán belül jelentősen megváltozik. Néha bizonyos típusú vegyületekkel és ásványokkal társul, néha tisztán regionális jellegű, kevés korrelációval a kőzettípusokkal és ásványokkal.
Az elsődleges radionuklidok és utódaik bomlástermékeinek eloszlása a természetes ökoszisztémákban számos tényezőtől függ, köztük a nuklidok kémiai tulajdonságaitól, az ökoszisztéma fizikai tényezőitől, valamint a növény- és állatvilág élettani és ökológiai tulajdonságaitól. A kőzetek mállása, fő tározójuk U, Th és K szállítja a talajt, melyben a Th és U bomlástermékei is részt vesznek. A talajból K, Ra, kevés U és nagyon kevés Th felveszik a növényeket. A kálium-40-et ugyanúgy használják, mint a stabil K-t. A rádiumot, az U-238 bomlástermékét a növény nem azért használja, mert izotóp, hanem azért, mert kémiailag közel áll a kalciumhoz. A növények urán- és tóriumfelvétele általában elhanyagolható, mivel ezek a radionuklidok általában oldhatatlanok.
Radon
A természetes sugárforrások közül a legfontosabb az íztelen, szagtalan elem, a levegőnél nyolcszor nehezebb, láthatatlan gáz, a radon. Két fő izotópból áll - a radon-222-ből, az U-238 egyik bomlástermékéből és a radon-220-ból, amely a Th-232 bomlása során keletkezik.
Kövek, talaj, növények és állatok radont bocsátanak ki a légkörbe. A gáz a rádium bomlásterméke, és bármilyen anyagból keletkezikamely azt tartalmazza. Mivel a radon inert gáz, felszabadulhat a légkörrel érintkező felületekről. Az adott kőzettömegből kilépő radon mennyisége a rádium mennyiségétől és a felszíntől függ. Minél kisebb a kőzet, annál több radont tud felszabadítani. Az Rn koncentrációja a levegőben a rádiumtartalmú anyagok mellett a levegő sebességétől is függ. A rossz levegőkeringésű pincékben, barlangokban és bányákban a radonkoncentráció jelentős szintet érhet el.
Rn elég gyorsan lebomlik, és számos leány radionuklidot képez. A légkörben keletkezett radon bomlástermékei finom porszemcsékkel egyesülnek, amelyek a talajra és a növényekre telepednek, és az állatok is belélegzik őket. A csapadék különösen hatékonyan eltávolítja a radioaktív elemeket a levegőből, de az aeroszol részecskék becsapódása és leülepedése is hozzájárul a lerakódásukhoz.
Mérsékelt éghajlaton a beltéri radonkoncentráció átlagosan 5-10-szer magasabb, mint a szabadban.
Az elmúlt néhány évtizedben az ember "mesterségesen" előállított több száz radionuklidot, kapcsolódó röntgensugarakat, forrásokat és tulajdonságokat, amelyek alkalmazhatók az orvostudományban, a katonai, az energiatermelésben, a műszerekben és az ásványkutatásban.
Az ember által alkotott sugárforrások egyéni hatásai nagyon eltérőek. A legtöbb ember viszonylag kis dózisú mesterséges sugárzást kap, de vannak, akik a természetes forrásokból származó sugárzás több ezerszeresét. Az ember által készített források jobbakszabályozott, mint természetes.
Röntgenforrások az orvostudományban
Az iparban és az orvostudományban általában csak tiszta radionuklidokat használnak, ami leegyszerűsíti a szivárgási utak azonosítását a tárolóhelyekről és az ártalmatlanítási folyamatot.
A sugárzás alkalmazása az orvostudományban széles körben elterjedt, és jelentős hatást gyakorolhat rá. Tartalmazza a gyógyászatban használt röntgenforrásokat:
- diagnosztika;
- terápia;
- analitikai eljárások;
- ingerlés.
A diagnosztikához zárt forrásokat és radioaktív nyomjelző anyagok széles választékát is használják. Az egészségügyi intézmények általában megkülönböztetik ezeket az alkalmazásokat, mint a radiológia és a nukleáris medicina.
A röntgencső ionizáló sugárzás forrása? A számítógépes tomográfia és a fluorográfia jól ismert diagnosztikai eljárások, amelyeket a segítségével végeznek el. Ezenkívül az izotópforrásoknak számos alkalmazása létezik az orvosi radiográfiában, beleértve a gamma- és béta-forrásokat, valamint a kísérleti neutronforrásokat olyan esetekben, amikor a röntgenkészülékek kényelmetlenek, nem megfelelőek vagy veszélyesek lehetnek. Környezeti szempontból a radiográfiai sugárzás nem jelent kockázatot mindaddig, amíg forrásai elszámoltathatók és megfelelően ártalmatlaníthatók. E tekintetben a rádiumelemek, a radontűk és a rádiumtartalmú lumineszcens vegyületek története nem biztató.
Általában használt röntgenforrások a 90Sr alapjánvagy 147 délután. A 252Cf hordozható neutrongenerátorként való megjelenése széles körben elérhetővé tette a neutronradiográfiát, bár általában a technika még mindig nagymértékben függ az atomreaktorok elérhetőségétől.
Nukleáris medicina
A fő környezeti veszélyek a nukleáris medicina radioizotópos címkéi és a röntgenforrások. Példák a nem kívánt hatásokra:
- a beteg besugárzása;
- kórházi személyzet besugárzása;
- sugárterhelés a radioaktív gyógyszerek szállítása során;
- hatás a gyártás során;
- radioaktív hulladéknak való kitettség.
Az elmúlt években a betegek expozíciójának csökkentésére irányult a szűkebb hatású, rövidebb élettartamú izotópok bevezetése és a jobban lokalizált gyógyszerek alkalmazása.
A rövidebb felezési idő csökkenti a radioaktív hulladék hatását, mivel a hosszú élettartamú elemek nagy része a vesén keresztül ürül ki.
A szennyvízcsatornák környezeti hatása úgy tűnik, nem attól függ, hogy a beteg fekvő- vagy járóbeteg-e. Bár a legtöbb kibocsátott radioaktív elem valószínűleg rövid életű, a kumulatív hatás messze meghaladja az összes atomerőmű szennyezettségi szintjét együttvéve.
A gyógyászatban leggyakrabban használt radionuklidok a röntgensugárforrások:
- 99mTc – koponya- és agyvizsgálat, agyvérvizsgálat, szív-, máj-, tüdő-, pajzsmirigy-vizsgálat, placenta lokalizációja;
- 131I - vér, májvizsgálat, placenta lokalizáció, pajzsmirigy-vizsgálat és kezelés;
- 51Cr - a vörösvértestek fennállásának vagy a megkötésének időtartamának, a vér mennyiségének meghatározása;
- 57Co - Schilling teszt;
- 32P – csontáttétek.
A radioimmunoassay eljárások, a vizeletvizsgálat és egyéb, jelölt szerves vegyületeket használó kutatási módszerek széles körű alkalmazása jelentősen megnövelte a folyékony szcintillációs készítmények használatát. A rendszerint toluol vagy xilol alapú szerves foszforoldatok meglehetősen nagy mennyiségű folyékony szerves hulladékot képeznek, amelyet ártalmatlanítani kell. A folyékony formában történő feldolgozás potenciálisan veszélyes és környezeti szempontból elfogadhatatlan. Emiatt a hulladékégetést részesítik előnyben.
Mivel a hosszú életű 3H vagy 14C könnyen oldódik a környezetben, így expozíciójuk a normál tartományon belül van. De a kumulatív hatás jelentős lehet.
A radionuklidok másik gyógyászati felhasználása a plutónium akkumulátorok használata a pacemakerek táplálására. Emberek ezrei élnek ma, mert ezek az eszközök segítik a szívük működését. A 238Pu (150 GBq) zárt forrásait műtéti úton ültetik be a betegekbe.
Ipari röntgensugarak: források, tulajdonságok, alkalmazások
Nem az orvostudomány az egyetlen olyan terület, ahol az elektromágneses spektrum ezen része alkalmazásra talált. A technogén sugárzási helyzet jelentős részét képezik az iparban használt radioizotópok és röntgenforrások. Alkalmazási példák:
- ipari radiográfia;
- sugárzásmérés;
- füstérzékelők;
- önvilágító anyagok;
- Röntgen-krisztallográfia;
- lapolvasó poggyász és kézipoggyász átvizsgálására;
- röntgenlézerek;
- szinkrotronok;
- ciklotronok.
Mivel ezeknek az alkalmazásoknak a többsége kapszulázott izotópok használatát foglalja magában, a szállítás, szállítás, karbantartás és ártalmatlanítás során sugárterhelés lép fel.
A röntgencső ionizáló sugárzás forrása az iparban? Igen, használják repülőtéri roncsolásmentes tesztelési rendszerekben, kristályok, anyagok és szerkezetek tanulmányozásában, valamint az ipari irányításban. Az elmúlt évtizedekben a sugárterhelés dózisai a tudományban és az iparban elérték a felét az orvostudományban mért mutató értékének; ezért a hozzájárulás jelentős.
A tokozott röntgensugárforrások önmagukban csekély hatást fejtenek ki. Szállításuk és ártalmatlanításuk azonban aggasztó, ha elvesznek, vagy tévedésből egy szemétlerakóba dobják. Ilyen forrásokA röntgensugarakat általában kétszeresen lezárt lemezek vagy hengerek formájában szállítják és szerelik fel. A kapszulák rozsdamentes acélból készülnek, és rendszeres időközönként ellenőrizni kell a szivárgást. Az ártalmatlanításuk gondot okozhat. A rövid élettartamú forrásokat lehet tárolni és lebontani, de akkor is megfelelően el kell számolni, és a maradék aktív anyagot engedéllyel rendelkező létesítményben kell ártalmatlanítani. Ellenkező esetben a kapszulákat speciális intézményekbe kell küldeni. Erősségük határozza meg a röntgenforrás aktív részének anyagát és méretét.
Röntgenforrás tárolási helyek
Növekvő probléma az olyan ipari területek biztonságos leszerelése és szennyeződésmentesítése, ahol korábban radioaktív anyagokat tároltak. Ezek többnyire régebbi nukleáris újrafeldolgozó létesítmények, de más iparágakat is be kell vonni, például az önvilágító trícium táblákat gyártó üzemeket.
A hosszú élettartamú alacsony szintű források, amelyek széles körben elterjedtek, különös problémát jelentenek. Például a 241Am a füstérzékelőkben használatos. A radon mellett ezek jelentik a röntgensugárzás fő forrásait a mindennapi életben. Egyenként nem jelentenek veszélyt, de jelentős részük problémát jelenthet a jövőben.
Nukleáris robbanások
Az elmúlt 50 évben mindenki ki volt téve az atomfegyver-tesztek csapadékából származó sugárzásnak. A csúcspontjuk ekkor volt1954-1958 és 1961-1962.
1963-ban három ország (a Szovjetunió, az USA és Nagy-Britannia) megállapodást írt alá a légkörben, az óceánban és a világűrben végzett nukleáris kísérletek részleges betiltásáról. A következő két évtized során Franciaország és Kína sokkal kisebb tesztek sorozatát hajtotta végre, amelyek 1980-ban leálltak. A földalatti tesztek még mindig folynak, de általában nem adnak ki csapadékot.
A légköri tesztekből származó radioaktív szennyeződés a robbanás helyéhez közel esik. Egy részük a troposzférában marad, és a szél ugyanazon a szélességi körön hordozza őket a világ körül. Ahogy mozognak, a földre esnek, és körülbelül egy hónapig maradnak a levegőben. A legtöbb azonban a sztratoszférába szorul, ahol a szennyezés sok hónapig megmarad, és lassan elsüllyed a bolygón.
A radioaktív csapadék több száz különböző radionuklidot tartalmaz, de ezek közül csak néhány képes hatni az emberi szervezetre, ezért méretük nagyon kicsi, a bomlás pedig gyors. A legjelentősebbek a C-14, Cs-137, Zr-95 és Sr-90.
A Zr-95 felezési ideje 64 nap, míg a Cs-137 és Sr-90 körülbelül 30 év. Csak az 5730 felezési idejű szén-14 marad aktív a jövőben is.
Atomenergia
Az atomenergia a legvitatottabb az összes antropogén sugárforrás közül, de nagyon csekély mértékben járul hozzá az emberi egészségre gyakorolt hatásokhoz. Normál működés közben a nukleáris létesítmények elhanyagolható mennyiségű sugárzást bocsátanak ki a környezetbe. 2016. február31 országban 442 polgári atomreaktor működött, és további 66 építés alatt áll. Ez csak egy része a nukleáris üzemanyag-termelési ciklusnak. Az uránérc bányászatával és őrlésével kezdődik, majd a nukleáris üzemanyag gyártásával folytatódik. Az erőművekben való felhasználás után az üzemanyagcellákat időnként újra feldolgozzák az urán és a plutónium kinyerésére. Végül a ciklus a nukleáris hulladék ártalmatlanításával ér véget. Ennek a ciklusnak minden szakaszában radioaktív anyagok szabadulhatnak fel.
A világ uránérctermelésének körülbelül a fele külszíni bányákból, a másik fele pedig bányákból származik. Ezután a közeli zúzókban összetörik, amelyek nagy mennyiségű – több száz millió tonna – hulladékot termelnek. Ez a hulladék még több millió évig radioaktív marad azután, hogy az erőmű leállt, bár a sugárzás a természetes háttér nagyon kis részét képezi.
Ezt követően az uránt a dúsító üzemekben történő további feldolgozás és tisztítás során üzemanyaggá alakítják. Ezek a folyamatok levegő- és vízszennyezéshez vezetnek, de sokkal kisebb mértékben, mint az üzemanyagciklus más szakaszaiban.
