Röntgenkällor. Är ett röntgenrör en källa till joniserande strålning?

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 17:56

Under hela livets historia på jorden har organismer ständigt exponerats för kosmisk strålning och de radionuklider som bildas av dem i atmosfären, såväl som strålning från ämnen som finns överallt i naturen. Det moderna livet har anpassat sig till miljöns alla egenskaper och begränsningar, inklusive naturliga källor till röntgenstrålar.

Även om höga nivåer av strålning verkligen är skadliga för organismer, är vissa typer av strålning nödvändiga för livet. Till exempel bidrog strålningsbakgrunden till de grundläggande processerna för kemisk och biologisk evolution. Uppenbart är också det faktum att värmen från jordens kärna tillhandahålls och upprätthålls av sönderfallsvärmen från primära, naturliga radionuklider.

Kosmiska strålar

Strålningen av utomjordiskt ursprung som kontinuerligt bombarderar jorden kallasblanksteg.

Faktumet att denna penetrerande strålning når vår planet från yttre rymden, och inte från jorden, upptäcktes i experiment för att mäta jonisering på olika höjder, från havsnivån till 9000 m. Det visade sig att intensiteten av joniserande strålning minskade upp till en höjd av 700 m och ökade sedan snabbt med stigningen. Den initiala minskningen kan förklaras av en minskning av intensiteten av terrestra gammastrålar och en ökning av verkan av kosmiska strålar.

Röntgenkällor i rymden är följande:

• grupper av galaxer;
• Seyfert-galaxer;
• Sun;
• stjärnor;
• quasars;
• svarta hål;
• supernovarester;
• vita dvärgar;
• mörka stjärnor, etc.

Bevis för sådan strålning är till exempel en ökning av intensiteten av kosmiska strålar som observeras på jorden efter solutbrott. Men vår stjärna ger inte det huvudsakliga bidraget till det totala flödet, eftersom dess dagliga variationer är mycket små.

Två typer av strålar

Kosmiska strålar är uppdelade i primära och sekundära strålar. Strålning som inte interagerar med materia i atmosfären, litosfären eller hydrosfären på jorden kallas primär. Den består av protoner (≈ 85%) och alfapartiklar (≈ 14%), med mycket mindre flöden (< 1%) av tyngre kärnor. Sekundär kosmisk röntgenstrålning, vars strålningskällor är primär strålning och atmosfären, är sammansatta av subatomära partiklar som pioner, myoner ochelektroner. Vid havsnivån består nästan all observerad strålning av sekundära kosmiska strålar, varav 68% är myoner och 30% är elektroner. Mindre än 1 % av flödet vid havsnivån består av protoner.

Primära kosmiska strålar har som regel en enorm kinetisk energi. De är positivt laddade och får energi genom att accelerera i magnetfält. I vakuumet i yttre rymden kan laddade partiklar existera under lång tid och färdas miljontals ljusår. Under denna flygning får de hög kinetisk energi, i storleksordningen 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Enskilda partiklar har energier upp till 10^{10 GeV.}

De höga energierna hos primära kosmiska strålar tillåter dem att bokstavligen splittra atomer i jordens atmosfär när de kolliderar. Tillsammans med neutroner, protoner och subatomära partiklar kan lätta element som väte, helium och beryllium bildas. Myoner laddas alltid och sönderfaller också snabbt till elektroner eller positroner.

Magnetisk sköld

Intensiteten hos kosmiska strålar ökar kraftigt med uppstigningen tills den når ett maximum på en höjd av cirka 20 km. Från 20 km till atmosfärens gräns (upp till 50 km) minskar intensiteten.

Detta mönster förklaras av en ökning av produktionen av sekundär strålning som ett resultat av en ökning av luftdensiteten. På en höjd av 20 km har det mesta av den primära strålningen redan ingått i interaktion, och minskningen av intensiteten från 20 km till havsnivån återspeglar absorptionen av sekundära strålar.atmosfär, motsvarande cirka 10 meter vatten.

Strålningsintensiteten är också relaterad till latitud. På samma höjd ökar det kosmiska flödet från ekvatorn till en latitud på 50–60° och förblir konstant upp till polerna. Detta förklaras av formen på jordens magnetfält och fördelningen av energin från den primära strålningen. Magnetiska fältlinjer som sträcker sig bortom atmosfären är vanligtvis parallella med jordytan vid ekvatorn och vinkelräta vid polerna. Laddade partiklar rör sig lätt längs magnetfältets linjer, men övervinner det knappast i tvärriktningen. Från polerna till 60° når praktiskt taget all primärstrålning jordens atmosfär, och vid ekvatorn kan endast partiklar med energier som överstiger 15 GeV penetrera den magnetiska skölden.

Sekundära röntgenkällor

Som ett resultat av samspelet mellan kosmiska strålar och materia produceras en betydande mängd radionuklider kontinuerligt. De flesta av dem är fragment, men några av dem bildas genom aktivering av stabila atomer av neutroner eller myoner. Den naturliga produktionen av radionuklider i atmosfären motsvarar intensiteten av kosmisk strålning i höjd och latitud. Cirka 70 % av dem har sitt ursprung i stratosfären och 30 % i troposfären.

Med undantag för H-3 och C-14, finns radionuklider vanligtvis i mycket låga koncentrationer. Tritium späds ut och blandas med vatten och H-2, och C-14 kombineras med syre för att bilda CO_{2, som blandas med atmosfärisk koldioxid. Kol-14 kommer in i växter genom fotosyntes.}

Jordstrålning

Av de många radionuklider som har bildats med jorden är det bara ett fåtal som har tillräckligt långa halveringstider för att förklara deras nuvarande existens. Om vår planet bildades för cirka 6 miljarder år sedan skulle de behöva en halveringstid på minst 100 miljoner år för att finnas kvar i mätbara mängder. Av de primära radionuklider som hittills upptäckts är tre av störst betydelse. Röntgenkällan är K-40, U-238 och Th-232. Uran och torium bildar vardera en kedja av sönderfallsprodukter som nästan alltid är i närvaro av den ursprungliga isotopen. Även om många av dotterradionukliderna är kortlivade är de vanliga i miljön eftersom de ständigt bildas av långlivade modermaterial.

Andra ursprungliga långlivade röntgenkällor, kort sagt, är i mycket låga koncentrationer. Dessa är Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, etc. Naturligt förekommande neutroner bildar många andra radionuklider, men deras koncentration är vanligtvis mycket låg. Oklo-brottet i Gabon, Afrika, innehåller bevis på en "naturlig reaktor" där kärnreaktioner ägde rum. Utarmningen av U-235 och närvaron av klyvningsprodukter i en rik uranfyndighet tyder på att en spontant inducerad kedjereaktion ägde rum här för cirka 2 miljarder år sedan.

Även om primordiala radionuklider finns överallt, varierar deras koncentration beroende på plats. MainReservoaren för naturlig radioaktivitet är litosfären. Dessutom förändras det avsevärt inom litosfären. Ibland är det associerat med vissa typer av föreningar och mineraler, ibland är det rent region alt, med liten korrelation med typer av bergarter och mineraler.

Fördelningen av primära radionuklider och deras avkomma sönderfallsprodukter i naturliga ekosystem beror på många faktorer, inklusive nuklidernas kemiska egenskaper, ekosystemets fysikaliska faktorer och flora och faunas fysiologiska och ekologiska egenskaper. Vitringen av stenar, deras huvudsakliga reservoar, förser jorden med U, Th och K. Nedbrytningsprodukterna från Th och U deltar också i denna överföring. Från jorden tas K, Ra, lite U och mycket lite Th upp av växter. De använder kalium-40 på samma sätt som stabil K. Radium, en sönderfallsprodukt av U-238, används av växten, inte för att det är en isotop, utan för att det är kemiskt nära kalcium. Växternas upptag av uran och torium är i allmänhet försumbart eftersom dessa radionuklider vanligtvis är olösliga.

Radon

Den viktigaste av alla källor till naturlig strålning är det smaklösa, luktfria elementet, en osynlig gas som är 8 gånger tyngre än luft, radon. Den består av två huvudisotoper - radon-222, en av sönderfallsprodukterna från U-238, och radon-220, som bildades under sönderfallet av Th-232.

Stenar, jord, växter, djur avger radon till atmosfären. Gasen är en sönderfallsprodukt av radium och produceras i vilket material som helstsom innehåller det. Eftersom radon är en inert gas kan den frigöras från ytor som kommer i kontakt med atmosfären. Mängden radon som kommer ut ur en given bergmassa beror på mängden radium och ytan. Ju mindre berget är, desto mer radon kan det släppa ut. Koncentrationen av Rn i luften bredvid radiumh altiga material beror också på lufthastigheten. I källare, grottor och gruvor som har dålig luftcirkulation kan radonkoncentrationerna nå betydande nivåer.

Rn sönderfaller ganska snabbt och bildar ett antal dotterradionuklider. När de väl har bildats i atmosfären kombineras sönderfallsprodukter av radon med fina dammpartiklar som lägger sig på marken och växterna, och som också andas in av djur. Nederbörd är särskilt effektivt för att rensa bort radioaktiva ämnen från luften, men inverkan och sedimentering av aerosolpartiklar bidrar också till deras nedfall.

I tempererade klimat är radonkoncentrationerna inomhus i genomsnitt cirka 5 till 10 gånger högre än utomhus.

Under de senaste decennierna har människan "artificiellt" producerat flera hundra radionuklider, tillhörande röntgenstrålar, källor, egenskaper som har tillämpningar inom medicin, militär, kraftproduktion, instrumentering och mineralutforskning.

Individuella effekter av konstgjorda strålkällor varierar mycket. De flesta får en relativt liten dos artificiell strålning, men en del får många tusen gånger så mycket strålning från naturliga källor. Mänskliga källor är bättrekontrollerad än naturlig.

röntgenkällor inom medicin

Inom industri och medicin används i regel endast rena radionuklider, vilket förenklar identifieringen av läckagevägar från lagringsplatser och slutförvaringsprocessen.

Användningen av strålning inom medicin är utbredd och har potential att få en betydande inverkan. Den inkluderar röntgenkällor som används inom medicin för:

• diagnostik;
• terapi;
• analytiska procedurer;
• tempo.

För diagnostik används både slutna källor och en mängd olika radioaktiva spårämnen. Medicinska institutioner skiljer i allmänhet mellan dessa tillämpningar som radiologi och nuklearmedicin.

Är ett röntgenrör en källa till joniserande strålning? Datortomografi och fluorografi är välkända diagnostiska procedurer som utförs med dess hjälp. Dessutom finns det många tillämpningar av isotopkällor inom medicinsk radiografi, inklusive gamma- och betakällor, och experimentella neutronkällor för fall där röntgenapparater är obekväma, olämpliga eller kan vara farliga. Ur miljösynpunkt utgör röntgenstrålning ingen risk så länge dess källor förblir ansvarsfulla och bortskaffas på rätt sätt. I detta avseende är historien om radiumelement, radonnålar och radiumh altiga självlysande föreningar inte uppmuntrande.

Vanligt använda röntgenkällor baserade på ⁹⁰Sreller ¹⁴⁷ Pm. Tillkomsten av ^{252Cf som en bärbar neutrongenerator har gjort neutronradiografi allmänt tillgänglig, även om tekniken i allmänhet fortfarande är mycket beroende av tillgången på kärnreaktorer.}

Nukleärmedicin

De främsta miljöriskerna är radioisotopmärkningar i nuklearmedicin och röntgenkällor. Exempel på oönskade influenser är följande:

• bestrålning av patienten;
• bestrålning av sjukhuspersonal;
• exponering under transport av radioaktiva läkemedel;
• påverkan under produktion;
• exponering för radioaktivt avfall.

Under de senaste åren har det funnits en trend mot att minska patientexponeringen genom introduktion av kortlivade isotoper med en mer snäv effekt och användning av mer lokaliserade läkemedel.

Kortare halveringstid minskar påverkan av radioaktivt avfall, eftersom de flesta av de långlivade grundämnena utsöndras genom njurarna.

Miljöpåverkan från avlopp verkar inte bero på om patienten är sluten eller öppen. Även om de flesta av de frigjorda radioaktiva elementen sannolikt kommer att vara kortlivade, överstiger den kumulativa effekten vida föroreningsnivåerna för alla kärnkraftverk tillsammans.

De radionuklider som används mest inom medicinen är röntgenkällor:

• 99mTc – skanning av skalle och hjärna, skanning av hjärnblod, hjärt-, lever-, lung-, sköldkörtelskanning, placentalokalisering;
• 131I - blod, leverskanning, placentalokalisering, sköldkörtelskanning och behandling;
• 51Cr - bestämning av varaktigheten av förekomsten av röda blodkroppar eller sekvestrering, blodvolym;
• 57Co - Schilling-test;
• 32P – benmetastaser.

Den utbredda användningen av radioimmunoanalysprocedurer, urinanalys och andra forskningsmetoder med märkta organiska föreningar har avsevärt ökat användningen av flytande scintillationspreparat. Organiska fosforlösningar, vanligtvis baserade på toluen eller xylen, utgör en ganska stor volym flytande organiskt avfall som måste omhändertas. Bearbetning i flytande form är potentiellt farlig och miljömässigt oacceptabel. Av denna anledning är avfallsförbränning att föredra.

Eftersom den långlivade ³H eller ^{14C lätt löses upp i miljön, är deras exponering inom det normala intervallet. Men den kumulativa effekten kan vara betydande.}

En annan medicinsk användning av radionuklider är användningen av plutoniumbatterier för att driva pacemakers. Tusentals människor lever idag eftersom dessa enheter hjälper deras hjärtan att fungera. Förseglade källor för 238Pu (150 GBq) implanteras kirurgiskt i patienter.

Industriell röntgen: källor, egenskaper, applikationer

Medicin är inte det enda område där denna del av det elektromagnetiska spektrumet har funnits. Radioisotoper och röntgenkällor som används inom industrin är en betydande del av den teknogena strålningssituationen. Applikationsexempel:

• industriell radiografi;
• strålningsmätning;
• rökdetektorer;
• självlysande material;
• röntgenkristallografi;
• skannrar för screening av bagage och handbagage;
• röntgenlasrar;
• synkrotroner;
• cyklotroner.

Eftersom de flesta av dessa applikationer involverar användning av inkapslade isotoper, uppstår strålningsexponering under transport, överföring, underhåll och kassering.

Är ett röntgenrör en källa till joniserande strålning inom industrin? Ja, det används i icke-förstörande testsystem på flygplatser, i studier av kristaller, material och strukturer och i industriell kontroll. Under de senaste decennierna har doser av strålningsexponering inom vetenskap och industri nått hälften av värdet av denna indikator inom medicin; därför är bidraget betydande.

Inkapslade röntgenkällor i sig har liten effekt. Men deras transport och bortskaffande är oroande när de går förlorade eller av misstag dumpas på en soptipp. Sådana källorRöntgenstrålar levereras och installeras vanligtvis som dubbelt förseglade skivor eller cylindrar. Kapslarna är gjorda av rostfritt stål och kräver regelbunden kontroll för läckage. Deras förfogande kan vara ett problem. Kortlivade källor kan lagras och brytas ned, men även då måste de redovisas ordentligt och resterande aktivt material måste omhändertas på en licensierad anläggning. Annars bör kapslarna skickas till specialiserade institutioner. Deras kraft bestämmer materialet och storleken på den aktiva delen av röntgenkällan.

lagringsplatser för röntgenkällor

Ett växande problem är säker avveckling och sanering av industrianläggningar där radioaktiva material har lagrats tidigare. Dessa är mestadels äldre kärntekniska upparbetningsanläggningar, men andra industrier måste involveras, till exempel anläggningar för tillverkning av självlysande tritiumskyltar.

Långlivade lågnivåkällor, som är utbredda, är ett särskilt problem. Till exempel, 241Am används i rökdetektorer. Förutom radon är dessa de viktigaste källorna till röntgenstrålning i vardagen. Individuellt utgör de ingen fara, men ett betydande antal av dem kan utgöra ett problem i framtiden.

Kärnvapenexplosioner

Under de senaste 50 åren har alla blivit utsatta för strålning från nedfall orsakat av kärnvapenprov. Deras höjdpunkt var kl1954-1958 och 1961-1962.

1963 undertecknade tre länder (USSR, USA och Storbritannien) ett avtal om ett partiellt förbud mot kärnvapenprov i atmosfären, havet och yttre rymden. Under de kommande två decennierna genomförde Frankrike och Kina en serie mycket mindre tester, som upphörde 1980. Underjordiska tester pågår fortfarande, men de producerar i allmänhet ingen nederbörd.

Radioaktiv förorening från atmosfäriska tester faller nära explosionsplatsen. Några av dem finns kvar i troposfären och bärs av vinden runt om i världen på samma latitud. När de rör sig faller de till marken och blir kvar ungefär en månad i luften. Men de flesta skjuts in i stratosfären, där föroreningar finns kvar i många månader, och sakta sjunker över planeten.

Radioaktivt nedfall inkluderar flera hundra olika radionuklider, men bara ett fåtal av dem kan påverka människokroppen, så deras storlek är mycket liten och sönderfallet går snabbt. De viktigaste är C-14, Cs-137, Zr-95 och Sr-90.

Zr-95 har en halveringstid på 64 dagar, medan Cs-137 och Sr-90 har cirka 30 år. Endast kol-14, med en halveringstid på 5730, kommer att förbli aktiv långt in i framtiden.

Kärnenergi

Kärnkraft är den mest kontroversiella av alla antropogena strålkällor, men den bidrar väldigt lite till människors hälsa. Under normal drift släpper kärntekniska anläggningar ut försumbara mängder strålning i miljön. februari 2016Det fanns 442 civila kärnreaktorer i 31 länder och 66 fler var under uppbyggnad. Detta är bara en del av kärnbränsleproduktionscykeln. Det börjar med brytning och malning av uranmalm och fortsätter med tillverkning av kärnbränsle. Efter att ha använts i kraftverk upparbetas bränsleceller ibland för att återvinna uran och plutonium. I slutändan slutar kretsloppet med slutförvaring av kärnavfall. I varje skede av denna cykel kan radioaktiva material släppas ut.

Ungefär hälften av världens produktion av uranmalm kommer från dagbrott, den andra hälften från gruvor. Det krossas sedan vid närliggande krossar, som producerar en stor mängd avfall – hundratals miljoner ton. Detta avfall förblir radioaktivt i miljontals år efter att anläggningen har upphört, även om strålning är en mycket liten del av den naturliga bakgrunden.

Därefter omvandlas uranet till bränsle genom vidare bearbetning och rening vid anrikningsanläggningar. Dessa processer leder till luft- och vattenföroreningar, men de är mycket mindre än i andra skeden av bränslecykeln.