Джерела рентгенівського випромінювання. Чи є рентгенівська трубка джерелом іонізуючого випромінювання?

Протягом всієї історії життя на Землі організми постійно піддавалися впливу космічних променів і утворених ними в атмосфері радіонуклідів, а також радіації повсюдно зустрічаються в природі речовин. Сучасне життя підлаштувалася під всі особливості і обмеження навколишнього середовища, в тому числі під природні джерела рентгенівського випромінювання.

Незважаючи на те що високий рівень радіації, безумовно, шкідливий для організмів, деякі види радіоактивного випромінювання мають важливе значення для життя. наприклад, радіаційний фон сприяв фундаментальним процесам хімічної і біологічної еволюції. Також очевидним є факт, що тепло ядра Землі забезпечується і підтримується за рахунок тепла розпаду первинних, природних радіонуклідів.

космічні промені

Випромінювання позаземного походження, яке безперервно бомбардує Землю, називається космічним.

Той факт, що ця проникаюча радіація потрапляє на нашу планету з космосу, а не земного походження, був виявлений в експериментах по вимірюванню іонізації на різних висотах, від рівня моря до 9000 м. Було встановлено, що інтенсивність іонізуючого випромінювання знижувалася до висоти 700 м, а далі з набором висоти швидко збільшилася. Первісне зниження можна пояснити зменшенням інтенсивності земних гамма-променів, а збільшення - дією космічних.

Джерела рентгенівського випромінювання в космосі такі:

групи галактик;
сейфертовськи галактики;
сонце;
зірки;
квазари;
чорні діри;
залишки наднових;
білі карлики;
темні зірки і ін.

Свідченням такого випромінювання, наприклад, є збільшення інтенсивності космічних променів, що спостерігається на Землі після спалахів на Сонці. Але наше світило не вносить основний вклад в загальний потік, так як його добові варіації дуже малі.

Відео: Ослаблення рентгенівського випромінювання різними речовинами

Два типу променів

Космічні промені ділять на первинні і вторинні. Випромінювання, що не взаємодіяли з речовиною в атмосфері, літосфері або гідросфері Землі, називається первинним. Воно складається з протонів (&asymp- 85%) і альфа-частинок (&asymp- 14%), з набагато меншими потоками (lt; 1%) більше важких ядер. Вторинні космічні рентгенівські промені, джерела випромінювання яких - первинне випромінювання і атмосфера, складаються з субатомних частинок, таких як півонії, мюони і електрони. На рівні моря майже вся спостережувана радіація складається з вторинних космічних променів, 68% яких припадає на мюони і 30% - на електрони. Менше 1% потоку на рівні моря складається з протонів.

Первинні космічні промені, як правило, мають величезну кінетичну енергію. Вони позитивно заряджені і отримують енергію за рахунок прискорення в магнітних полях. У вакуумі космічного простору заряджені частинки можуть довго існувати і подорожувати мільйони світлових років. Під час цього польоту вони набувають високу кінетичну енергію, порядку 2-30 ГеВ (1 ГеВ = 10⁹ еВ). Окремі частинки мають енергіями до 10¹⁰ ГеВ.

Високі енергії первинних космічних променів дозволяють їм при зіткненні буквально розколювати атоми в земній атмосфері. Поряд з нейтронами, протонами і субатомними частинками можуть утворюватися легкі елементи, такі як водень, гелій і берилій. Мюони завжди заряджені, а також швидко розпадаються на електрони або позитрони.

магнітний щит

Інтенсивність космічних променів з підйомом різко зростає до досягнення максимуму на висоті близько 20 км. Від 20 км до кордону атмосфери (до 50 км) інтенсивність зменшується.

Ця закономірність пояснюється збільшенням виробництва вторинного випромінювання в результаті збільшення щільності повітря. На висоті 20 км велика частина первинної радіації вже вступила у взаємодію, а зменшення інтенсивності з 20 км до рівня моря відображає поглинання вторинних променів атмосферою, що еквівалентно приблизно 10-метровому шарі води.

Інтенсивність випромінювання також пов`язана з широтою. На одній висоті космічний потік збільшується від екватора до широти 50-60 ° і залишається постійним до полюсів. Це пояснюється формою магнітного поля Землі і розподілом енергії первинного випромінювання. Магнітні силові лінії, що виходять за межі атмосфери, як правило, паралельні земної поверхні на екваторі і перпендикулярні на полюсах. Заряджені частинки легко рухаються уздовж ліній магнітного поля, але з працею долають його в поперечному напрямку. Від полюсів до 60 °, практично всі первинне випромінювання досягає атмосфери Землі, а на екваторі тільки частинки з енергіями, що перевищують 15 ГеВ, можуть проникнути через магнітний екран.

Вторинні джерела рентгенівського випромінювання

В результаті взаємодії космічних променів з матерією безперервно виробляється значна кількість радіонуклідів. Велика їх частина є фрагментами, але деякі з них утворюються шляхом активації стабільних атомів нейтронами або мюонами. Природне виробництво радіонуклідів в атмосфері відповідає інтенсивності космічного випромінювання по висоті і широті. Близько 70% їх виникає в стратосфері, а 30% - в тропосфері.

За винятком Н-3 і С-14, радіонукліди зазвичай знаходяться в дуже малих концентраціях. Тритій розбавляється і змішується з водою і Н-2, а С-14 з`єднується з киснем з утворенням СО₂, який змішується з вуглекислим газом атмосфери. Вуглець-14 проникає в рослини в процесі фотосинтезу.

випромінювання Землі

З багатьох радіонуклідів, які сформувалися з Землею, лише деякі мають період напіврозпаду, досить тривалий, щоб пояснити їх поточне існування. Якщо наша планета утворилася близько 6 млрд років тому, то їм, щоб залишитися в вимірних кількостях, потрібен був би період напіврозпаду щонайменше в 100 млн років. З первинних радіонуклідів, які до сих пір виявляються, три мають найбільше значення. Джерелом рентгенівського випромінювання є К-40, U-238 і Th-232. Уран і торій кожен утворюють ланцюжок продуктів розпаду, які майже завжди знаходяться в присутності вихідного ізотопу. Хоча багато хто з дочірніх радіонуклідів недовговічні, вони поширені в навколишньому середовищі, оскільки постійно утворюються з довгоживучих вихідних речовин.

Відео: Гальмівне випромінювання. Що таке гальмівне випромінювання і як його розпізнати?

Інші початкові довгоживучі джерела рентгенівського випромінювання, коротко кажучи, знаходяться в дуже низьких концентраціях. Це Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 і т. Д. Зустрічаються в природі нейтрони утворюють багато інших радіонукліди, але їх концентрація, як правило, дуже низька. У кар`єрі Окло в Габоні, Африка, розташоване свідчення існування «природного реактора», в якому відбувалися ядерні реакції. Збіднення U-235 і наявність продуктів поділу в межах багатого родовища урану, показують, що близько 2 мільярдів років тому тут проходила спонтанно викликана ланцюгова реакція.

Незважаючи на те що початкові радіонукліди всюдисущі, їх концентрація залежить від місця розташування. основним резервуаром природної радіоактивності є літосфера. Крім того, в межах літосфери вона значно змінюється. Іноді це пов`язано з певними типами з`єднань і корисними копалинами, іноді - суто регіонально, з невеликою кореляцією з типами гірських порід і мінералів.

Розподіл первинних радіонуклідів та їх дочірніх продуктів розпаду в природних екосистемах залежить від багатьох факторів, в тому числі від хімічних властивостей нуклідів, фізичних факторів екосистеми, а також фізіологічних і екологічних атрибутів флори і фауни. Вивітрювання гірських порід, основного їх резервуара, поставляє в грунт U, Th і K. Продукти розпаду Th і U також беруть участь в цій передачі. З ґрунту K, Ra, трохи U і зовсім мало Th засвоюються рослинами. Вони використовують калій-40 так само, як і стабільний К. Радій, продукт розпаду U-238, використовується рослиною, не тому, що він є ізотопом, а так як він хімічно близький до кальцію. Поглинання урану і торію рослинами, як правило, незначне, оскільки ці радіонукліди зазвичай нерозчинні.

Радон

Найбільш важливим з усіх джерел природної радіації є елемент без смаку і запаху, невидимий газ, який в 8 разів важчий за повітря, радон. Він складається з двох основних ізотопів - радону-222, одного з продуктів розпаду U-238, і радону-220, утвореного при розпаді Th-232.

Гірські породи, грунт, рослини, тварини випускають радон в атмосферу. Газ є продуктом розпаду радію і проводиться в будь-якому матеріалі, який його містить. Оскільки радон - інертний газ, він може виділятися поверхнями, що контактують з атмосферою. Кількість радону, який виходить з даної маси породи, залежить від кількості радію і площі поверхні. Чим дрібніше порода, тим більше радону вона може звільнити. Концентрація Rn в повітрі поруч з радійсодержащімі матеріалами також залежить від швидкості руху повітря. У підвалах, печерах і шахтах, які мають погану циркуляцію повітря, концентрації радону можуть досягати значних рівнів.

Rn досить швидко розпадається і утворює ряд дочірніх радіонуклідів. Після утворення в атмосфері продукти розпаду радону з`єднуються з дрібними частинками пилу, який осідає на ґрунт і рослини, а також вдихається тваринами. Дощі особливо ефективно очищають повітря від радіоактивних елементів, але зіткнення і осідання частинок аерозолю також сприяє їх осадження.

У помірному кліматі концентрація радону в приміщенні в середньому приблизно в 5-10 разів вище, ніж на відкритому повітрі.

За останні кілька десятиліть людина «штучно» зробив кілька сотень радіонуклідів, супутнє рентгенівське випромінювання, джерела, властивості, застосування яких використовуються в медицині, військовій справі, виробництві енергії, приладобудуванні і для розвідки корисних копалин.

Індивідуальна дія техногенних джерел радіації сильно різниться. Більшість людей отримує відносно невелику дозу штучної радіації, але деякі - у багато тисяч разів перевищує випромінювання природних джерел. Техногенні джерела краще контролюються, ніж природні.

Джерела рентгенівського випромінювання в медицині

У промисловості і медицині використовують, як правило, тільки чисті радіонукліди, що спрощує виявлення шляхів витоку з місць зберігання і процес утилізації.

Застосування радіації в медицині широко поширене і потенційно може мати значний вплив. До неї відносять джерела рентгенівського випромінювання, що використовуються в медицині для:

діагностики;
терапії;
аналітичних процедур;
кардиостимуляции.

Для діагностики використовують як закриті джерела, так і велика різноманітність радіоактивних індикаторів. Медичні установи, як правило, розрізняють ці застосування як радіологію і ядерну медицину.

Чи є рентгенівська трубка джерелом іонізуючого випромінювання? Комп`ютерна томографія і флюорографія - добре відомі діагностичні процедури, які виробляються з її допомогою. Крім того, в медичній рентгенографії існує безліч застосувань ізотопних джерел, включаючи гамма і бета, і експериментальні джерела нейтронів для випадків, коли рентгенівські апарати незручні, недоречні або можуть бути небезпечні. З точки зору екології рентгенографическое випромінювання не становить небезпеки до тих пір, поки його джерела залишаються підзвітними і утилізуються належним чином. В цьому відношенні історія радієвих елементів, радонових голок і радійсодержащіх люмінесцентних з`єднань не обнадіює.

Зазвичай використовуються джерела рентгенівського випромінювання на основі ⁹⁰Sr або ¹⁴⁷ Pm. поява ²⁵²Cf в якості портативного генератора нейтронів зробило нейтронну радіографію широкодоступної, хоча в цілому цей метод як і раніше сильно залежить від наявності ядерних реакторів.

ядерна медицина

Основну небезпеку впливу на навколишнє середовище представляють радіоізотопні мітки в ядерній медицині і джерела рентгенівського випромінювання. Приклади небажаного впливу наступні:

опромінення пацієнта;
опромінення персоналу лікарні;
опромінення при транспортуванні радіоактивних фармацевтичних препаратів;
вплив в процесі виробництва;
вплив радіоактивних відходів.

В останні роки спостерігається тенденція до скорочення опромінення пацієнтів за рахунок впровадження короткоживучих ізотопів більш узконаправленного дії і використання більш високолокалізованних препаратів.

Відео: Обережно рентгенівське випромінювання! (X-Rays) тисячі мкР / год

Менший період напіврозпаду зменшує вплив радіоактивних відходів, так як більша частина довгоживучих елементів виводиться через нирки.

Мабуть, вплив на навколишнє середовище через каналізацію не залежить від того, знаходиться пацієнт в стаціонарі або лікується амбулаторно. Хоча більша частина виділених радіоактивних елементів, ймовірно, буде короткочасною, сукупний ефект значно перевищує рівень забруднення всіх атомних електростанцій разом узятих.

Найбільш часто використовувані в медицині радіонукліди - джерела рентгенівського випромінювання:

^99mTc - сканування черепа і мозку, церебральний сканування крові, сканування серця, печінки, легенів, щитовидної залози, плацентарна локалізація;
¹³¹I - кров, сканування печінки, плацентарна локалізація, сканування і лікування щитовидної залози;
⁵¹Cr - визначення тривалості існування червоних клітин крові або секвестрація, обсяг крові;
⁵⁷Со - проба Шилінга;
³²P - метастази в кістковій тканині.

Широке застосування процедур радіоіммуноаналіза, радіаційного аналізу сечі та інших методів дослідження з використанням мічених органічних сполук значно підвищило використання рідинно-сцинтиляційних препаратів. Органічні розчини фосфору, як правило, на основі толуолу або ксилолу, складають досить великий обсяг рідких органічних відходів, які повинні бути утилізовані. Переробка в рідкій формі є потенційно небезпечною і екологічно неприйнятною. З цієї причини перевага віддається спалювання відходів.

Так як довгоживучі ³Н або ¹⁴З легко розчиняються в навколишньому середовищі, їх вплив знаходиться в межах норми. Але сукупний ефект може бути значним.

Ще одне медичне застосування радіонуклідів - використання плутонієвих батарей для харчування кардіостимуляторів. Тисячі людей живі сьогодні завдяки тому, що ці пристрої допомагають функціонувати їхніх сердець. герметичні джерела ²³⁸Pu (150 ГБК) хірургічним шляхом імплантують пацієнтам.

Промислове рентгенівське випромінювання: джерела, властивості, застосування

Медицина - не єдина область, в якій знайшла застосування дана частина електромагнітного спектра. Значною складовою частиною техногенної радіаційної обстановки є використовувані в промисловості радіоізотопи та джерела рентгенівського випромінювання. Приклади такого застосування:

промислова радіографія;
вимір радіації;
детектори диму;
самосветящиеся матеріали;
рентгенівська кристалографія;
сканери для огляду багажу і ручної поклажі;
рентгенівські лазери;
синхротрони;
циклотрони.

Оскільки більшість з цих застосувань тягне за собою використання інкапсульованих ізотопів, радіаційне опромінення відбувається під час транспортування, передачі, технічного обслуговування та утилізації.

Чи є рентгенівська трубка джерелом іонізуючого випромінювання в промисловості? Так, її використовують в системах неруйнівного контролю аеропортів, в дослідженнях кристалів, матеріалів і структур, промислового контролю. За останні десятиліття дози радіаційного опромінення в науці і промисловості досягли половини значення цього показника в медицині- отже, внесок істотний.

Інкапсульовані джерела рентгенівського випромінювання самі по собі мають незначний вплив. Але їх транспортування й утилізація викликають тривогу, коли їх втрачають або помилково викидають на смітник. Такі джерела рентгенівського випромінювання, як правило, поставляються і встановлюються у вигляді двічі герметизованих дисків або циліндрів. Капсули роблять з нержавіючої сталі і вимагають періодичної перевірки на витік. Їх утилізація може представляти проблему. Короткоживучі джерела можуть зберігатися і розкладатися, але навіть в цьому випадку вони повинні бути належним чином враховані, а залишковий активний матеріал повинен бути утилізований в ліцензованому установі. В іншому випадку капсули повинні направлятися в спеціалізовані установи. Їх потужність визначає матеріал і розмір активної частини джерела рентгенівського випромінювання.

Місця зберігання джерел рентгенівського випромінювання

Зростаючою проблемою є безпечний виведення з експлуатації і дезактивація промислових майданчиків, на яких радіоактивні матеріали зберігалися в минулому. В основному це раніше побудовані підприємства з переробки ядерних матеріалів, але необхідна участь і інших галузей промисловості, таких як заводи з виробництва самосвітних трітійсодержащіх знаків.

Особливу проблему становлять довгоживучі джерела низького рівня, які широко поширені. наприклад, ²⁴¹Am використовується в детекторах диму. Крім радону, це основні джерела рентгенівського випромінювання в побуті. Індивідуально вони не представляють ніякої небезпеки, але значна їх кількість може становити проблему в майбутньому.

ядерні вибухи

Протягом останніх 50 років кожен піддався впливу випромінювання від радіоактивних опадів, викликаних випробуваннями ядерної зброї. Їх пік припав на 1954-1958 та 1961-1962 роки.

У 1963 р три країни (СРСР, США і Великобританія) підписали договір про часткову заборону ядерних випробувань в атмосфері, океані та космічному просторі. Протягом наступних двох десятиліть Франція і Китай провели серію набагато менших випробувань, які припинилися в 1980 р Підземні випробування все ще проводяться, але вони, як правило, не викликають опадів.

Радіоактивні забруднення після атмосферних випробувань обпадають поблизу місця вибуху. Частково вони залишаються в тропосфері і розносяться вітром по всьому світу на тій же широті. У міру руху вони падають на землю, залишаючись близько місяця в повітрі. Але більша частина виштовхується в стратосферу, де забруднення залишаються багато місяців, і повільно опускаються по всій планеті.

Радіоактивні опади містять кілька сот різних радіонуклідів, але лише деякі з них здатні впливати на організм людини, так, їх розмір дуже малий, а розпад відбувається швидко. Найбільш значущими є C-14, Cs-137, Zr-95 і Sr-90.

Zr-95 має період напіврозпаду 64 дня, а Cs-137 і Sr-90 - близько 30 років. Тільки вуглець-14 з періодом напіврозпаду 5730 року залишатиметься активним в далекому майбутньому.

Атомна енергія

Атомна енергетика є найбільш спірною з усіх антропогенних джерел випромінювання, але вона надає дуже малий внесок в дію на здоров`я людини. При нормальній роботі ядерні об`єкти виділяють в навколишнє середовище незначна кількість радіації. На лютий 2016 року налічувалося 442 цивільних діючих атомних реактора в 31 країні і ще 66 перебувало в стадії будівництва. Це лише частина циклу виробництва ядерного палива. Починається він з видобутку і подрібнення уранової руди і триває виготовленням ядерного палива. Після використання на електростанціях паливні елементи іноді переробляються для відновлення урану і плутонію. Зрештою, цикл завершується утилізацією ядерних відходів. На кожному етапі цього циклу можливий витік радіоактивних матеріалів.

Близько половини обсягів світового видобутку уранової руди надходить з відкритих кар`єрів, інша половина - з шахт. Потім вона подрібнюється на прилеглих дробарках, які виробляють велику кількість відходів - сотні мільйонів тонн. Ці відходи залишаються радіоактивними мільйони років після того, як підприємство припинить свою роботу, хоча радіаційне випромінювання становить дуже малу частку природного фону.

Після цього уран перетворюється в паливо шляхом подальшої обробки та очищення на збагачувальних комбінатах. Ці процеси призводять до повітряного і водного забруднення, але вони набагато менше, ніж на інших етапах паливного циклу.

Поділися в соц мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!