En radioaktiv källa är en viss mängd av en radionuklid som avger joniserande strålning. Det senare inkluderar vanligtvis gammastrålar, alfa- och beta-partiklar och neutronstrålning.
Källornas roll
De kan användas för bestrålning, när strålningen utför en joniserande funktion, eller som en källa för metrologisk strålning för kalibrering av den radiometriska processen och instrumentering. De används också för att övervaka industriella processer som tjockleksmätning inom pappers- och stålindustrin. Källor kan förslutas i en behållare (högt penetrerande strålning) eller deponeras på en yta (lågt penetrerande strålning), eller i en vätska.
Betydning och tillämpning
Som strålningskälla används de inom medicin för strålterapi och inom industrin för radiografi, bestrålninglivsmedel, sterilisering, skadedjursbekämpning och tvärbindning med PVC-bestrålning.
Radionuklider
Radiouklider väljs ut efter strålningens typ och natur, dess intensitet och halveringstid. Vanliga källor för radionuklider inkluderar kobolt-60, iridium-192 och strontium-90. Mätningen av mängden SI-källaaktivitet är Becquerel, även om den historiska Curie-enheten fortfarande används delvis, till exempel i USA, trots att den amerikanska NIST starkt rekommenderar användningen av SI-enheten. Av hälsoskäl är det obligatoriskt i EU.
Lifetime
En strålningskälla lever vanligtvis 5 till 15 år innan dess aktivitet sjunker till en säker nivå. Men när radionuklider med långa halveringstider är tillgängliga kan de användas som kalibreringsverktyg mycket längre.
Stängt och dolt
Många radioaktiva källor är stängda. Detta innebär att de permanent antingen är helt inneslutna i kapseln eller fast bundna av ett fast ämne till ytan. Kapslar är vanligtvis gjorda av rostfritt stål, titan, platina eller annan inert metall. Användningen av slutna källor eliminerar praktiskt taget all risk för att radioaktivt material sprids till miljön på grund av felaktig hantering, men behållaren är inte konstruerad för att dämpa strålning, så ytterligare avskärmning krävs för strålskydd. Slutna används också i nästan alla fall där intekemisk eller fysikalisk införlivning i en vätska eller gas krävs.
Förseglade källor klassificeras av IAEA enligt deras aktiviteter i förhållande till ett minim alt farligt radioaktivt föremål (som kan orsaka betydande skada på människor). Förhållandet som används är A/D, där A är källaktiviteten och D är den minsta farliga aktiviteten.
Observera att källor med tillräckligt lågt radioaktivt utbyte (som de som används i rökdetektorer) för att inte skada människor inte är klassificerade.
Capsules
Kapselkällor, där strålning effektivt kommer från en punkt, används för att kalibrera beta-, gamma- och röntgeninstrument. På senare tid har de varit impopulära både som industriobjekt och som studieobjekt.
Plåtfjädrar
De används ofta för kalibrering av radioaktiva föroreningsinstrument. Det vill säga att de faktiskt spelar rollen som ett slags mirakulösa räknare.
Till skillnad från en kapselkälla måste bakgrunden som avges av en plattkälla vara på ytan för att förhindra att behållaren bleknar eller självskyddar på grund av materialets natur. Detta är särskilt viktigt för alfapartiklar, som lätt stoppas av en liten massa. Bragg-kurvan visar effekten av dämpning i atmosfärisk luft.
Oöppnat
Oöppnade källor är de som inte är i en permanent förseglad behållare och används ofta för medicinska ändamål. De gäller i fallnär källan behöver lösas i en vätska för injektion i en patient eller förtäring. De används också inom industrin på liknande sätt för läcksökning som ett radioaktivt spårämne.
Återvinning och miljöaspekter
Deponering av utgångna radioaktiva källor ställer till liknande problem som bortskaffande av annat kärnavfall, om än i mindre utsträckning. Förbrukade lågaktiva källor kommer ibland att vara tillräckligt inaktiva för att kasseras med vanliga metoder för avfallshantering, vanligtvis på deponier. Andra deponeringsmetoder liknar de som används för högreaktivt radioaktivt avfall, med olika borrhålsdjup beroende på avfallets aktivitet.
Ett välkänt fall av vårdslös hantering av ett sådant föremål var en olycka i Goiania, som ledde till flera människors död.
Bakgrundsstrålning
Bakgrundsstrålning finns alltid på jorden. Det mesta av bakgrundsstrålningen kommer naturligt från mineraler, medan en liten del kommer från konstgjorda grundämnen. Naturliga radioaktiva mineraler i jord, mark och vatten producerar bakgrundsstrålning. Människokroppen innehåller till och med några av dessa naturliga radioaktiva mineraler. Kosmisk strålning bidrar också till strålningsbakgrunden runt omkring oss. Det kan finnas stora variationer i naturliga bakgrundsstrålningsnivåer från plats till plats, liksom förändringar på samma plats över tid. Naturliga radioisotoper är mycket stark bakgrundutsändare.
Kosmisk strålning
Kosmisk strålning kommer från extremt energirika partiklar från solen och stjärnor som kommer in i jordens atmosfär. Det vill säga att dessa himlakroppar kan kallas källor för radioaktiv strålning. Vissa partiklar träffar marken, medan andra interagerar med atmosfären och skapar olika typer av strålning. Nivåerna ökar när du kommer närmare ett radioaktivt föremål, så mängden kosmisk strålning ökar vanligtvis i proportion till stigningen. Ju högre höjd, desto högre dos. Det är därför de som bor i Denver, Colorado (5 280 fot) får en högre årlig dos av strålning från kosmisk strålning än någon annan som bor på havsnivå (0 fot).
Uranbrytning i Ryssland är fortfarande ett kontroversiellt och "hett" ämne, eftersom detta arbete är extremt farligt. Naturligtvis kallas uran och torium som finns i jorden primära radionuklider och är en källa till markstrålning. Spårmängder av uran, torium och deras sönderfallsprodukter kan hittas överallt. Lär dig mer om radioaktivt sönderfall. Strålningsnivåer på marken varierar beroende på plats, men områden med högre koncentrationer av uran och torium i ytjordar upplever vanligtvis högre dosnivåer. Därför löper människor som är involverade i uranbrytning i Ryssland stor risk.
Strålning och människor
Spår av radioaktiva ämnen kan hittas i människokroppen (främst naturligt kalium-40). Grundämnet finns i mat, jord och vatten, vilket viacceptera. Våra kroppar innehåller små mängder strålning eftersom kroppen metaboliserar icke-radioaktiva och radioaktiva former av kalium och andra grundämnen på samma sätt.
En liten del av bakgrundsstrålningen kommer från mänskliga aktiviteter. Spårmängder av radioaktiva ämnen har spridits ut i miljön som ett resultat av kärnvapenprovningar och olyckor som den som inträffade vid kärnkraftverket i Tjernobyl i Ukraina. Kärnreaktorer släpper ut små mängder radioaktiva ämnen. Radioaktiva material som används inom industrin och även i vissa konsumentprodukter avger också små mängder bakgrundsstrålning.
Vi utsätts alla för strålning varje dag från naturliga källor, som mineraler i jorden, och konstgjorda källor, som medicinsk röntgen. Enligt National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP) är den genomsnittliga årliga mänskliga exponeringen för strålning i USA 620 millirems (6,2 millisievert).
I naturen
Radioaktiva ämnen finns ofta i naturen. En del av dem finns i jord, stenar, vatten, luft och växtlighet, varifrån de andas in och förtärs. Utöver denna inre exponering får människor även extern exponering från radioaktiva material som finns kvar utanför kroppen och från kosmisk strålning från yttre rymden. Den genomsnittliga dagliga naturliga dosen för människor är cirka 2,4 mSv (240 mrem) per år.
Detta är fyra gånger så mycketden globala genomsnittliga exponeringen för artificiell strålning i världen, som 2008 var cirka 0,6 mrem (60 Rem) per år. I vissa rika länder, som USA och Japan, överstiger artificiell exponering naturlig exponering i genomsnitt på grund av större tillgång till specifik medicinsk instrumentering. I Europa varierar den genomsnittliga naturliga bakgrundsexponeringen mellan länder från 2 mSv (200 mrem) per år i Storbritannien till över 7 mSv (700 mrem) för vissa grupper av människor i Finland.
Daglig exponering
Exponering från naturliga källor är en integrerad del av vardagen både på jobbet och på offentliga platser. Sådan exponering är i de flesta fall av liten eller ingen oro för allmänheten, men i vissa situationer måste hälsoskyddsåtgärder beaktas, till exempel vid arbete med uran- och toriummalmer och andra naturligt förekommande radioaktiva material (NORM). Dessa situationer har blivit föremål för byråns uppmärksamhet de senaste åren. Och detta, utan att nämna exemplen på olyckor med utsläpp av radioaktiva ämnen, såsom katastrofen vid kärnkraftverket i Tjernobyl och vid Fukushima, som tvingade forskare och politiker runt om i världen att ompröva sin inställning till den "fredliga atomen".
Jordstrålning
Jordstrålning inkluderar endast källor som förblir utanför kroppen. Men samtidigt fortsätter de att vara farliga radioaktiva strålkällor. De huvudsakliga radionuklider som är oroande är kalium, uran och torium, deras sönderfallsprodukter. Ochvissa, som radium och radon, är mycket radioaktiva men förekommer i låga koncentrationer. Antalet av dessa föremål har obönhörligt minskat sedan jordens bildande. Den nuvarande strålningsaktiviteten i samband med närvaron av uran-238 är hälften så mycket som i början av vår planets existens. Detta beror på dess halveringstid på 4,5 miljarder år, och för kalium-40 (halveringstid på 1,25 miljarder år) är bara cirka 8% av den ursprungliga. Men under mänsklighetens existens har mängden strålning minskat mycket något.
Många isotoper med kortare halveringstid (och därför hög radioaktivitet) har inte sönderfallit på grund av deras konstanta naturliga produktion. Exempel på detta är radium-226 (sönderfallsprodukten av torium-230 i sönderfallskedjan av uran-238) och radon-222 (sönderfallsprodukten av radium-226 i den kedjan).
Thorium och uran
De radioaktiva kemiska grundämnena torium och uran genomgår för det mesta alfa- och betasönderfall och är inte lätta att upptäcka. Detta gör dem mycket farliga. Detsamma kan dock sägas om protonstrålning. Men många av deras sidoderivat av dessa grundämnen är också starka gammastrålare. Torium-232 detekteras med 239 keV-toppen från bly-212, 511, 583 och 2614 keV från tallium-208 och 911 och 969 keV från aktinium-228. Det radioaktiva kemiska grundämnet Uranium-238 uppträder som vismut-214-toppar vid 609, 1120 och 1764 keV (se samma topp för atmosfäriskt radon). Kalium-40 detekteras direkt genom 1461 gamma-toppenkeV.
Nivån över havet och andra stora vattendrag tenderar att vara ungefär en tiondel av jordens bakgrund. Omvänt kan kustområden (och regioner nära sötvatten) ha ett ytterligare bidrag från spridda sediment.
Radon
Den största källan till radioaktiv strålning i naturen är luftburet radon, en radioaktiv gas som frigörs från jorden. Radon och dess isotoper, moderradionuklider och sönderfallsprodukter bidrar till den genomsnittliga respirabla dosen på 1,26 mSv/år (millisievert per år). Radon är ojämnt fördelat och varierar med vädret, så att mycket högre doser används i många delar av världen där det utgör en betydande hälsorisk. Koncentrationer 500 gånger högre än världsgenomsnittet har hittats inuti byggnader i Skandinavien, USA, Iran och Tjeckien. Radon är en sönderfallsprodukt av uran som är relativt vanlig i jordskorpan, men mer koncentrerad i malmh altiga bergarter utspridda runt om i världen. Radon läcker från dessa malmer till atmosfären eller grundvattnet och sipprar även in i byggnader. Det kan andas in i lungorna tillsammans med sönderfallsprodukterna, där de kommer att ligga kvar en tid efter exponeringen. Av denna anledning klassificeras radon som en naturlig strålkälla.
Radonexponering
Även om radon förekommer naturligt kan dess effekter ökas eller minskas av mänskliga aktiviteter, som att bygga ett hus. Dåligt tät källareEtt välisolerat hem kan leda till radonuppbyggnad i hemmet, vilket utsätter de boende för fara. Det utbredda bygget av välisolerade och förseglade hem i industriländerna i norr har resulterat i att radon har blivit en viktig källa till bakgrundsstrålning i vissa samhällen i norra Nordamerika och Europa. Vissa byggmaterial, som lättbetong med skifferalun, fosforgips och italiensk tuff, kan frigöra radon om de innehåller radium och är porösa för gas.
Strålningsexponering från radon är indirekt. Radon har en kort halveringstid (4 dagar) och sönderfaller till andra fasta partiklar av radioaktiva nuklider i radiumserien. Dessa radioaktiva ämnen andas in och stannar kvar i lungorna, vilket orsakar långvarig exponering. Således tros radon vara den näst vanligaste orsaken till lungcancer efter rökning och är ansvarig för mellan 15 000 och 22 000 dödsfall i cancer per år enbart i USA. Diskussionen om de motsatta experimentella resultaten pågår dock fortfarande.
Det mesta av den atmosfäriska bakgrunden orsakas av radon och dess sönderfallsprodukter. Gammaspektrat visar märkbara toppar vid 609, 1120 och 1764 keV, vilka tillhör vismut-214, en sönderfallsprodukt av radon. Atmosfärens bakgrund beror starkt på vindens riktning och meteorologiska förhållanden. Radon kan också släppas ut från marken i skurar och sedan bilda "radonmoln" som kan färdas tiotals kilometer.
Space-bakgrund
Jorden och allt levande på den är ständigtbombarderas av strålning från rymden. Denna strålning består huvudsakligen av positivt laddade joner, från protoner till järn, och större kärnor som produceras utanför vårt solsystem. Denna strålning interagerar med atomer i atmosfären och skapar sekundärt luftflöde, inklusive röntgenstrålar, myoner, protoner, alfapartiklar, pioner, elektroner och neutroner.
Den direkta dosen av kosmisk strålning kommer huvudsakligen från myoner, neutroner och elektroner, och den varierar i olika delar av världen beroende på det geomagnetiska fältet och höjden. Till exempel får staden Denver i USA (på en höjd av 1 650 meter) ungefär dubbelt så stor dos kosmisk strålning än vid en punkt vid havsnivån.
Denna strålning är mycket starkare i den övre troposfären vid cirka 10 km och är därför särskilt oroande för besättningsmedlemmar och reguljära passagerare som tillbringar många timmar om året i denna miljö. Under sina flygningar får flygbolagens besättningar vanligtvis en extra yrkesdos som sträcker sig från 2,2 mSv (220 mrem) per år till 2,19 mSv/år, enligt olika studier.
Strålning i omloppsbana
På liknande sätt orsakar kosmiska strålar högre bakgrundsexponering för astronauter än för människor på jordens yta. Astronauter som arbetar i låga banor, som anställda vid internationella rymdstationer eller skyttlar, är delvis skyddade av jordens magnetfält, men lider också av det så kallade Van Allen-bältet, som är resultatet av jordens magnetfält. Utanför låg jordbana, typupplevt av Apollo-astronauter som reser till månen, är denna bakgrundsstrålning mycket mer intensiv och representerar en betydande barriär för potentiella framtida långsiktiga mänskliga utforskningar av månen eller Mars.
Kosmiska influenser orsakar också elementär transmutation i atmosfären, där den sekundära strålningen som genereras av dem kombineras med atomkärnor i atmosfären och bildar olika nuklider. Många så kallade kosmogena nuklider kan produceras, men den mest anmärkningsvärda är förmodligen kol-14, som bildas genom interaktion med kväveatomer. Dessa kosmogena nuklider når så småningom jordens yta och kan inkorporeras i levande organismer. Produktionen av dessa nuklider varierar något under kortvariga solflödesmetamorfoser, men anses vara praktiskt taget konstant över stora skalor - från tusentals till miljoner år. Den konstanta produktionen, inkorporeringen och den relativt korta halveringstiden för kol-14 är de principer som används vid radiokoldatering av forntida biologiska material som träartefakter eller mänskliga kvarlevor.
Gammastrålar
Kosmisk strålning vid havsnivån uppträder vanligtvis som 511 keV gammastrålning från positronförintelse skapad av kärnreaktioner av högenergipartiklar och gammastrålar. På höga höjder finns också ett bidrag från det kontinuerliga spektrumet av bremsstrahlung. Därför anses frågan om solstrålning och strålningsbalans vara mycket viktig bland forskare.
Strålning inuti kroppen
De två viktigaste elementen som utgör människokroppen, nämligen kalium och kol, innehåller isotoper som kraftigt ökar vår bakgrundsstrålningsdos. Det betyder att de också kan vara källor till radioaktiv strålning.
Farliga kemiska grundämnen och föreningar tenderar att ackumuleras. Den genomsnittliga människokroppen innehåller cirka 17 milligram kalium-40 (40K) och cirka 24 nanogram (10-8 g) kol-14 (14C) (halveringstid - 5 730 år). Exklusive intern kontaminering av externa radioaktiva material, är dessa två element de största komponenterna i intern exponering för de biologiskt funktionella komponenterna i människokroppen. Cirka 4 000 kärnor sönderfaller med 40K per sekund och samma antal vid 14C. Energin hos beta-partiklar som bildas vid 40K är ungefär 10 gånger större än energin hos beta-partiklar som bildas vid 14C.
14C finns i människokroppen vid cirka 3 700 Bq (0,1 µCi) med en biologisk halveringstid på 40 dagar. Det betyder att sönderfallet av 14C producerar cirka 3 700 beta-partiklar per sekund. Ungefär hälften av mänskliga celler innehåller en 14C-atom.
Global genomsnittlig intern dos av andra radionuklider än radon och dess sönderfallsprodukter är 0,29 mSv/år, varav 0,17 mSv/år är vid 40K, 0,12 mSv/år kommer från uranserien och torium, och 12 μSv / år - från 14C. Det är också värt att notera att medicinska röntgenapparater också oftaradioaktiva, men deras strålning är inte farlig för människor.
