Røntgenkilder. Er et røntgenrør en kilde til ioniserende stråling?

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

Gjennom hele livets historie på jorden har organismer vært konstant utsatt for kosmiske stråler og radionuklidene som dannes av dem i atmosfæren, samt stråling fra stoffer som er allestedsnærværende i naturen. Moderne liv har tilpasset seg alle funksjoner og begrensninger i miljøet, inkludert naturlige kilder til røntgenstråler.

Selv om høye nivåer av stråling absolutt er skadelige for organismer, er visse typer stråling avgjørende for livet. For eksempel bidro strålingsbakgrunnen til de grunnleggende prosessene for kjemisk og biologisk evolusjon. Også åpenbart er det faktum at varmen fra jordens kjerne tilveiebringes og vedlikeholdes av nedbrytningsvarmen fra primære, naturlige radionuklider.

kosmiske stråler

Strålingen av utenomjordisk opprinnelse som kontinuerlig bombarderer jorden kallesplass.

Det faktum at denne penetrerende strålingen når planeten vår fra verdensrommet, og ikke fra jorden, ble oppdaget i eksperimenter for å måle ionisering i forskjellige høyder, fra havnivå til 9000 m. Det ble funnet at intensiteten av ioniserende stråling redusert opp til en høyde på 700 m, og deretter raskt økt med stigning. Den innledende reduksjonen kan forklares med en reduksjon i intensiteten til terrestriske gammastråler, og en økning ved virkningen av kosmiske stråler.

Røntgenkilder i verdensrommet er som følger:

grupper av galakser;
Seyfert galakser;
søn;
stars;
quasars;
svarte hull;
supernova-rester;
hvite dverger;
mørke stjerner osv.

Bevis på slik stråling er for eksempel en økning i intensiteten av kosmiske stråler observert på jorden etter solutbrudd. Men stjernen vår er ikke det viktigste bidraget til den totale fluksen, siden dens daglige variasjoner er svært små.

To typer stråler

Kosmiske stråler er delt inn i primær og sekundær. Stråling som ikke interagerer med materie i atmosfæren, litosfæren eller hydrosfæren på jorden kalles primær. Den består av protoner (≈ 85%) og alfapartikler (≈ 14%), med mye mindre flukser (< 1%) av tyngre kjerner. Sekundære kosmiske røntgenstråler, hvis kilder til stråling er primær stråling og atmosfæren, er sammensatt av subatomære partikler som pioner, myoner ogelektroner. Ved havnivå består nesten all observert stråling av sekundære kosmiske stråler, hvorav 68 % er myoner og 30 % er elektroner. Mindre enn 1 % av fluksen ved havnivå består av protoner.

Primære kosmiske stråler har som regel en enorm kinetisk energi. De er positivt ladet og får energi ved å akselerere i magnetiske felt. I det ytre roms vakuum kan ladede partikler eksistere i lang tid og reise millioner av lysår. Under denne flyturen får de høy kinetisk energi, i størrelsesorden 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Individuelle partikler har energier på opptil 10^{10 GeV.}

De høye energiene til primære kosmiske stråler lar dem bokstavelig t alt splitte atomer i jordens atmosfære når de kolliderer. Sammen med nøytroner, protoner og subatomære partikler kan lette elementer som hydrogen, helium og beryllium dannes. Myoner er alltid ladet og forfaller også raskt til elektroner eller positroner.

Magnetisk skjold

Intensiteten til kosmiske stråler øker kraftig med oppstigningen til den når et maksimum i en høyde på ca. 20 km. Fra 20 km til atmosfærens grense (opptil 50 km) synker intensiteten.

Dette mønsteret forklares med en økning i produksjonen av sekundær stråling som følge av en økning i lufttettheten. I en høyde på 20 km har det meste av primærstrålingen allerede gått inn i samspill, og reduksjonen i intensitet fra 20 km til havnivå reflekterer absorpsjonen av sekundære stråler.atmosfære, tilsvarende omtrent 10 meter vann.

Intensiteten til stråling er også relatert til breddegrad. I samme høyde øker den kosmiske strømmen fra ekvator til en breddegrad på 50–60° og forblir konstant opp til polene. Dette forklares med formen på jordens magnetfelt og fordelingen av energien til primærstrålingen. Magnetiske feltlinjer som strekker seg utover atmosfæren er vanligvis parallelle med jordoverflaten ved ekvator og vinkelrette ved polene. Ladede partikler beveger seg lett langs linjene til magnetfeltet, men overvinner det knapt i tverrretningen. Fra polene til 60° når praktisk t alt all primærstråling jordens atmosfære, og ved ekvator kan bare partikler med energier over 15 GeV trenge gjennom det magnetiske skjoldet.

Sekundære røntgenkilder

Som et resultat av samspillet mellom kosmiske stråler og materie, produseres det kontinuerlig en betydelig mengde radionuklider. De fleste av dem er fragmenter, men noen av dem er dannet ved aktivering av stabile atomer av nøytroner eller myoner. Den naturlige produksjonen av radionuklider i atmosfæren tilsvarer intensiteten av kosmisk stråling i høyde og breddegrad. Omtrent 70 % av dem har sin opprinnelse i stratosfæren, og 30 % i troposfæren.

Med unntak av H-3 og C-14, finnes radionuklider vanligvis i svært lave konsentrasjoner. Tritium fortynnes og blandes med vann og H-2, og C-14 kombineres med oksygen for å danne CO_{2, som blandes med atmosfærisk karbondioksid. Karbon-14 kommer inn i planter gjennom fotosyntese.}

jordstråling

Av de mange radionuklidene som har dannet seg med jorden, er det bare noen få som har lang nok halveringstid til å forklare deres nåværende eksistens. Hvis planeten vår ble dannet for rundt 6 milliarder år siden, ville de trenge en halveringstid på minst 100 millioner år for å forbli i målbare mengder. Av de primære radionuklidene som er oppdaget så langt, er tre av størst betydning. Røntgenkilden er K-40, U-238 og Th-232. Uran og thorium danner hver en kjede av forfallsprodukter som nesten alltid er i nærvær av den opprinnelige isotopen. Selv om mange av datterradionuklidene er kortlivede, er de vanlige i miljøet da de hele tiden dannes av langlivede modermaterialer.

Andre primordiale langlivede røntgenkilder, kort sagt, er i svært lave konsentrasjoner. Disse er Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 osv. Naturlig forekommende nøytroner danner mange andre radionuklider, men konsentrasjonen er vanligvis svært lav. Oklo-bruddet i Gabon, Afrika, inneholder bevis på en "naturlig reaktor" der kjernefysiske reaksjoner fant sted. Uttømmingen av U-235 og tilstedeværelsen av fisjonsprodukter i en rik uranforekomst indikerer at en spontant indusert kjedereaksjon fant sted her for rundt 2 milliarder år siden.

Selv om primordiale radionuklider er allestedsnærværende, varierer konsentrasjonen deres etter sted. HovedReservoaret av naturlig radioaktivitet er litosfæren. I tillegg endres det betydelig innenfor litosfæren. Noen ganger er det assosiert med visse typer forbindelser og mineraler, noen ganger er det rent region alt, med liten korrelasjon med typer bergarter og mineraler.

Fordelingen av primære radionuklider og deres forfallsprodukter av avkom i naturlige økosystemer avhenger av mange faktorer, inkludert de kjemiske egenskapene til nuklidene, de fysiske faktorene til økosystemet og de fysiologiske og økologiske egenskapene til flora og fauna. Forvitringen av bergarter, deres hovedreservoar, forsyner jorda med U, Th og K. Nedbrytningsproduktene til Th og U deltar også i denne overføringen. Fra jorda absorberes K, Ra, litt U og veldig lite Th av planter. De bruker kalium-40 på samme måte som stabil K. Radium, et nedbrytningsprodukt av U-238, brukes av planten, ikke fordi det er en isotop, men fordi det er kjemisk nært kalsium. Planters opptak av uran og thorium er generelt ubetydelig, da disse radionuklidene vanligvis er uløselige.

Radon

Den viktigste av alle kilder til naturlig stråling er det smakløse, luktfrie elementet, en usynlig gass som er 8 ganger tyngre enn luft, radon. Den består av to hovedisotoper - radon-222, et av nedbrytningsproduktene til U-238, og radon-220, dannet under nedbrytningen av Th-232.

Steiner, jord, planter, dyr avgir radon til atmosfæren. Gassen er et nedbrytningsprodukt av radium og produseres i alle materialersom inneholder det. Fordi radon er en inert gass, kan den frigjøres fra overflater som kommer i kontakt med atmosfæren. Mengden radon som kommer ut av en gitt bergmasse avhenger av mengden radium og overflatearealet. Jo mindre bergarten er, jo mer radon kan den frigjøre. Konsentrasjonen av Rn i luften ved siden av radiumholdige materialer avhenger også av lufthastigheten. I kjellere, grotter og gruver som har dårlig luftsirkulasjon, kan radonkonsentrasjonene nå betydelige nivåer.

Rn forfaller ganske raskt og danner en rekke datterradionuklider. Når de først er dannet i atmosfæren, kombineres radonråteprodukter med fine støvpartikler som legger seg på jord og planter, og som også inhaleres av dyr. Nedbør er spesielt effektivt for å fjerne radioaktive elementer fra luften, men påvirkningen og avsetningen av aerosolpartikler bidrar også til avsetningen deres.

I tempererte klima er innendørs radonkonsentrasjoner i gjennomsnitt omtrent 5 til 10 ganger høyere enn utendørs.

I løpet av de siste tiårene har mennesket "kunstig" produsert flere hundre radionuklider, tilhørende røntgenstråler, kilder, egenskaper som har anvendelser innen medisin, militær, kraftproduksjon, instrumentering og mineralutforskning.

Individuelle effekter av menneskeskapte strålekilder varierer sterkt. De fleste får en relativt liten dose kunstig stråling, men noen mottar mange tusen ganger strålingen fra naturlige kilder. Menneskeskapte kilder er bedrekontrollert enn naturlig.

Røntgenkilder i medisin

I industri og medisin brukes som regel kun rene radionuklider, noe som forenkler identifisering av lekkasjeveier fra lagringsplasser og deponeringsprosessen.

Bruken av stråling i medisin er utbredt og har potensial til å ha en betydelig innvirkning. Den inkluderer røntgenkilder som brukes i medisin for:

diagnostikk;
terapi;
analytiske prosedyrer;
tempo.

For diagnostikk brukes både forseglede kilder og et bredt utvalg av radioaktive sporstoffer. Medisinske institusjoner skiller generelt mellom disse applikasjonene som radiologi og nukleærmedisin.

Er et røntgenrør en kilde til ioniserende stråling? Computertomografi og fluorografi er velkjente diagnostiske prosedyrer som utføres med dens hjelp. I tillegg er det mange bruksområder for isotopkilder i medisinsk radiografi, inkludert gamma- og betakilder, og eksperimentelle nøytronkilder for tilfeller der røntgenmaskiner er upraktiske, upassende eller kan være farlige. Fra et miljøsynspunkt utgjør ikke radiografisk stråling en risiko så lenge kildene forblir ansvarlige og deponeres på riktig måte. I denne forbindelse er ikke historien til radiumelementer, radonnåler og radiumholdige selvlysende forbindelser oppmuntrende.

Vanlig brukte røntgenkilder basert på ⁹⁰Sreller ¹⁴⁷ Pm. Fremkomsten av ^{252Cf som en bærbar nøytrongenerator har gjort nøytronradiografi allment tilgjengelig, selv om teknikken generelt sett fortsatt er svært avhengig av tilgjengeligheten av atomreaktorer.}

Nukleærmedisin

De viktigste miljøfarene er radioisotopmerker i nukleærmedisin og røntgenkilder. Eksempler på uønsket påvirkning er som følger:

bestråling av pasienten;
bestråling av sykehuspersonell;
eksponering under transport av radioaktive legemidler;
påvirkning under produksjon;
eksponering for radioaktivt avfall.

De siste årene har det vært en trend mot å redusere pasienteksponeringen gjennom introduksjon av kortlivede isotoper med smalere effekt og bruk av mer lokaliserte legemidler.

Kortere halveringstid reduserer virkningen av radioaktivt avfall, ettersom de fleste langlivede grunnstoffene skilles ut gjennom nyrene.

Miljøbelastningen av kloakk ser ikke ut til å avhenge av om pasienten er poliklinisk eller poliklinisk. Mens de fleste av de frigjorte radioaktive elementene sannsynligvis vil være kortvarige, overstiger den kumulative effekten langt forurensningsnivåene til alle atomkraftverk til sammen.

De mest brukte radionuklidene i medisin er røntgenkilder:

99mTc – hodeskalle- og hjerneskanning, cerebral blodskanning, hjerte, lever, lunge, skjoldbruskkjertelskanning, placentalokalisering;
131I - blod, leverskanning, placentalokalisering, skjoldbruskskanning og behandling;
51Cr - bestemmelse av varigheten av eksistensen av røde blodlegemer eller sekvestrering, blodvolum;
57Co - Schilling-test;
32P – beinmetastaser.

Den utbredte bruken av radioimmunoassayprosedyrer, urinanalyse og andre forskningsmetoder ved bruk av merkede organiske forbindelser har økt bruken av flytende scintillasjonspreparater betydelig. Organiske fosforløsninger, vanligvis basert på toluen eller xylen, utgjør et ganske stort volum flytende organisk avfall som må deponeres. Behandling i flytende form er potensielt farlig og miljømessig uakseptabel. Av denne grunn foretrekkes avfallsforbrenning.

Siden den langlivede ³H eller ^{14C lett løses opp i miljøet, er eksponeringen innenfor normalområdet. Men den kumulative effekten kan være betydelig.}

En annen medisinsk bruk av radionuklider er bruken av plutoniumbatterier for å drive pacemakere. Tusenvis av mennesker er i live i dag fordi disse enhetene hjelper hjertene deres til å fungere. Forseglede kilder til 238Pu (150 GBq) implanteres kirurgisk i pasienter.

Industriell røntgen: kilder, egenskaper, applikasjoner

Medisin er ikke det eneste området der denne delen av det elektromagnetiske spekteret har funnet anvendelse. Radioisotoper og røntgenkilder som brukes i industrien er en betydelig del av den teknogene strålingssituasjonen. Applikasjonseksempler:

industriell radiografi;
strålingsmåling;
røykvarslere;
selvlysende materialer;
røntgenkrystallografi;
skannere for screening av bagasje og håndbagasje;
røntgenlasere;
synkrotroner;
cyclotrons.

Fordi de fleste av disse applikasjonene involverer bruk av innkapslede isotoper, forekommer strålingseksponering under transport, overføring, vedlikehold og deponering.

Er et røntgenrør en kilde til ioniserende stråling i industrien? Ja, det brukes i ikke-destruktive testsystemer på flyplasser, i studiet av krystaller, materialer og strukturer, og i industriell kontroll. I løpet av de siste tiårene har doser av strålingseksponering i vitenskap og industri nådd halvparten av verdien av denne indikatoren i medisin; derfor er bidraget betydelig.

Innkapslede røntgenkilder i seg selv har liten effekt. Men transporten og deponeringen deres er bekymringsfull når de går tapt eller ved en feiltakelse dumpet på et deponi. Slike kilderRøntgenstråler leveres og installeres vanligvis som dobbeltforseglede skiver eller sylindre. Kapslene er laget av rustfritt stål og krever periodisk kontroll for lekkasje. Avhending av dem kan være et problem. Kortlivede kilder kan lagres og brytes ned, men selv da må de redegjøres for riktig og gjenværende aktivt materiale må deponeres på et lisensiert anlegg. Ellers bør kapslene sendes til spesialiserte institusjoner. Kraften deres bestemmer materialet og størrelsen på den aktive delen av røntgenkilden.

lagringssteder for røntgenkilder

Et økende problem er sikker dekommisjonering og dekontaminering av industriområder der radioaktive materialer har vært lagret tidligere. Dette er stort sett eldre atomreprosesseringsanlegg, men andre industrier må involveres, for eksempel anlegg for produksjon av selvlysende tritiumskilt.

Langlivede lavnivåkilder, som er utbredt, er et spesielt problem. For eksempel, 241Am brukes i røykvarslere. I tillegg til radon er dette hovedkildene til røntgenstråling i hverdagen. Hver for seg utgjør de ingen fare, men et betydelig antall av dem kan by på et problem i fremtiden.

Atomeksplosjoner

I løpet av de siste 50 årene har alle vært utsatt for stråling fra nedfall forårsaket av atomvåpentesting. Toppen deres var kl1954–1958 og 1961–1962.

I 1963 signerte tre land (USSR, USA og Storbritannia) en avtale om et delvis forbud mot kjernefysiske tester i atmosfæren, havet og verdensrommet. I løpet av de neste to tiårene gjennomførte Frankrike og Kina en serie med mye mindre tester, som opphørte i 1980. Underjordiske tester pågår fortsatt, men de produserer vanligvis ikke nedbør.

Radioaktiv forurensning fra atmosfæriske tester faller nær eksplosjonsstedet. Noen av dem forblir i troposfæren og bæres av vinden rundt i verden på samme breddegrad. Når de beveger seg, faller de til bakken, og blir igjen omtrent en måned i luften. Men de fleste blir presset inn i stratosfæren, der forurensning blir værende i mange måneder, og sakte synker over planeten.

Radioaktivt nedfall inkluderer flere hundre forskjellige radionuklider, men bare noen få av dem er i stand til å påvirke menneskekroppen, så størrelsen deres er veldig liten, og forfallet går raskt. De mest betydningsfulle er C-14, Cs-137, Zr-95 og Sr-90.

Zr-95 har en halveringstid på 64 dager, mens Cs-137 og Sr-90 har omtrent 30 år. Bare karbon-14, med en halveringstid på 5730, vil forbli aktiv langt inn i fremtiden.

Atomenergi

Kjernekraft er den mest kontroversielle av alle menneskeskapte strålekilder, men den bidrar svært lite til helsepåvirkninger for mennesker. Under normal drift slipper kjernefysiske anlegg ubetydelige mengder stråling ut i miljøet. februar 2016Det var 442 sivile atomreaktorer i drift i 31 land og 66 flere var under bygging. Dette er bare en del av produksjonssyklusen for kjernebrensel. Det begynner med utvinning og maling av uranmalm og fortsetter med produksjon av kjernebrensel. Etter å ha blitt brukt i kraftverk, blir brenselceller noen ganger reprosessert for å gjenvinne uran og plutonium. Til slutt ender syklusen med deponering av atomavfall. På hvert trinn av denne syklusen kan radioaktive materialer frigjøres.

Omtrent halvparten av verdens uranmalmproduksjon kommer fra dagbrudd, den andre halvparten fra gruver. Deretter knuses det ved nærliggende knusere, som produserer store mengder avfall – hundrevis av millioner tonn. Dette avfallet forblir radioaktivt i millioner av år etter at anlegget har stanset driften, selv om stråling er en svært liten brøkdel av den naturlige bakgrunnen.

Deretter omdannes uranet til brensel gjennom videre prosessering og rensing ved anrikningsanlegg. Disse prosessene fører til luft- og vannforurensning, men de er mye mindre enn på andre stadier av drivstoffsyklusen.