Surse de raze X. Este un tub cu raze X o sursă de radiații ionizante?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 17:54

De-a lungul istoriei vieții pe Pământ, organismele au fost expuse constant la razele cosmice și la radionuclizi formați de acestea în atmosferă, precum și la radiații provenite de la substanțe omniprezente în natură. Viața modernă s-a adaptat la toate caracteristicile și limitările mediului, inclusiv sursele naturale de raze X.

Deși nivelurile ridicate de radiații sunt cu siguranță dăunătoare organismelor, anumite tipuri de radiații sunt esențiale pentru viață. De exemplu, fondul de radiații a contribuit la procesele fundamentale ale evoluției chimice și biologice. De asemenea, evident este faptul că căldura nucleului Pământului este furnizată și menținută de căldura de descompunere a radionuclizilor naturali primari.

Raze cosmice

Se numește radiația de origine extraterestră care bombardează continuu Pământulspațiu.

Faptul că această radiație pătrunzătoare ajunge pe planeta noastră din spațiul cosmic, și nu de pe Pământ, a fost descoperit în experimente de măsurare a ionizării la diferite altitudini, de la nivelul mării până la 9000 m. S-a constatat că intensitatea radiațiilor ionizante a scăzut până la o înălțime de 700 m, apoi a crescut rapid odată cu urcarea. Scăderea inițială poate fi explicată printr-o scădere a intensității razelor gamma terestre și o creștere prin acțiunea razelor cosmice.

Sursele de raze X din spațiu sunt după cum urmează:

grupuri de galaxii;
galaxii Seyfert;
soare;
stele;
quasars;
găuri negre;
rămășițe de supernova;
pitici albi;
stele întunecate etc.

Dovada unei astfel de radiații, de exemplu, este o creștere a intensității razelor cosmice observată pe Pământ după erupțiile solare. Dar steaua noastră nu aduce principala contribuție la fluxul total, deoarece variațiile sale zilnice sunt foarte mici.

Două tipuri de raze

Razele cosmice sunt împărțite în primare și secundare. Radiația care nu interacționează cu materia din atmosferă, litosferă sau hidrosferă a Pământului se numește primară. Este format din protoni (≈ 85%) și particule alfa (≈ 14%), cu fluxuri mult mai mici (< 1%) de nuclee mai grele. Raze X cosmice secundare, ale căror surse de radiație sunt radiația primară și atmosfera, sunt compuse din particule subatomice precum pioni, muoni șielectroni. La nivelul mării, aproape toate radiațiile observate sunt formate din raze cosmice secundare, dintre care 68% sunt muoni și 30% sunt electroni. Mai puțin de 1% din fluxul la nivelul mării este format din protoni.

Razele cosmice primare, de regulă, au o energie cinetică uriașă. Sunt încărcate pozitiv și câștigă energie prin accelerarea în câmpuri magnetice. În vidul spațiului cosmic, particulele încărcate pot exista o perioadă lungă de timp și pot călători milioane de ani lumină. În timpul acestui zbor, ei dobândesc energie cinetică mare, de ordinul 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Particulele individuale au energii de până la 10^{10 GeV.}

Energiile în alte ale razelor cosmice primare le permit să despartă literalmente atomii din atmosfera pământului atunci când se ciocnesc. Împreună cu neutronii, protonii și particulele subatomice, pot fi formate elemente ușoare precum hidrogenul, heliul și beriliul. Muonii sunt întotdeauna încărcați și, de asemenea, se descompun rapid în electroni sau pozitroni.

Aplicarea proprietăților surselor de raze X

Scut magnetic

Intensitatea razelor cosmice crește brusc odată cu ascensiunea până la atingerea maximului la o altitudine de aproximativ 20 km. De la 20 km până la limita atmosferei (până la 50 km) intensitatea scade.

Acest model se explică printr-o creștere a producției de radiații secundare ca urmare a creșterii densității aerului. La o altitudine de 20 km, cea mai mare parte a radiațiilor primare a intrat deja în interacțiune, iar scăderea intensității de la 20 km la nivelul mării reflectă absorbția razelor secundare.atmosferă, echivalent cu aproximativ 10 metri de apă.

Intensitatea radiației este, de asemenea, legată de latitudine. La aceeași altitudine, fluxul cosmic crește de la ecuator la o latitudine de 50–60° și rămâne constant până la poli. Acest lucru se explică prin forma câmpului magnetic al Pământului și prin distribuția energiei radiației primare. Liniile de câmp magnetic care se extind dincolo de atmosferă sunt de obicei paralele cu suprafața pământului la ecuator și perpendiculare la poli. Particulele încărcate se mișcă ușor de-a lungul liniilor câmpului magnetic, dar cu greu îl depășesc în direcția transversală. De la poli până la 60°, aproape toată radiația primară ajunge în atmosfera Pământului, iar la ecuator numai particulele cu energii care depășesc 15 GeV pot pătrunde în scutul magnetic.

Surse secundare de raze X

Ca urmare a interacțiunii razelor cosmice cu materia, o cantitate semnificativă de radionuclizi este produsă în mod continuu. Cele mai multe dintre ele sunt fragmente, dar unele dintre ele sunt formate prin activarea atomilor stabili de către neutroni sau muoni. Producția naturală de radionuclizi în atmosferă corespunde intensității radiațiilor cosmice în înălțime și latitudine. Aproximativ 70% dintre ele provin din stratosferă, iar 30% din troposferă.

Cu excepția H-3 și C-14, radionuclizii se găsesc de obicei în concentrații foarte mici. Tritiul este diluat și amestecat cu apă și H-2, iar C-14 se combină cu oxigenul pentru a forma CO_{2, care se amestecă cu dioxidul de carbon atmosferic. Carbon-14 intră în plante prin fotosinteză.}

Radiația Pământului

Din mulți radionuclizi care s-au format odată cu Pământul, doar câțiva au perioade de înjumătățire suficient de lungă pentru a explica existența lor actuală. Dacă planeta noastră s-ar forma acum aproximativ 6 miliarde de ani, ar avea nevoie de un timp de înjumătățire de cel puțin 100 de milioane de ani pentru a rămâne în cantități măsurabile. Dintre radionuclizii primari descoperiți până acum, trei sunt de cea mai mare importanță. Sursa de raze X este K-40, U-238 și Th-232. Uraniul și toriu formează fiecare un lanț de produse de degradare care se află aproape întotdeauna în prezența izotopului original. Deși mulți dintre radionuclizii fiice sunt de scurtă durată, ei sunt obișnuiți în mediu, deoarece sunt formați în mod constant din materiale parentale cu viață lungă.

Alte surse primordiale de raze X cu viață lungă, pe scurt, sunt în concentrații foarte scăzute. Acestea sunt Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 etc. Neutronii care apar în mod natural formează mulți alți radionuclizi, dar concentrația lor este de obicei foarte scăzută. Cariera Oklo din Gabon, Africa, conține dovezi ale unui „reactor natural” în care au avut loc reacții nucleare. Epuizarea U-235 și prezența produselor de fisiune într-un depozit bogat de uraniu indică faptul că aici a avut loc o reacție în lanț indusă spontan cu aproximativ 2 miliarde de ani în urmă.

Deși radionuclizii primordiali sunt omniprezenti, concentrația lor variază în funcție de locație. PrincipalRezervorul de radioactivitate naturală este litosfera. În plus, se modifică semnificativ în litosferă. Uneori este asociat cu anumite tipuri de compuși și minerale, uneori este pur regional, cu o corelație mică cu tipurile de roci și minerale.

Distribuția radionuclizilor primari și a produselor lor de degradare a descendenților în ecosistemele naturale depinde de mulți factori, inclusiv de proprietățile chimice ale nuclizilor, factorii fizici ai ecosistemului și atributele fiziologice și ecologice ale florei și faunei. Intemperii rocilor, rezervorul lor principal, furnizează solului cu U, Th și K. La acest transfer participă și produsele de descompunere ai Th și U. Din sol, K, Ra, puțin U și foarte puțin Th sunt absorbite de plante. Ei folosesc potasiul-40 în același mod ca și K stabil. Radiul, un produs de degradare al U-238, este folosit de plantă, nu pentru că este un izotop, ci pentru că este aproape chimic de calciu. Absorbția de uraniu și toriu de către plante este în general neglijabilă, deoarece acești radionuclizi sunt de obicei insolubili.

Radon

Cea mai importantă dintre toate sursele de radiații naturale este elementul fără gust, inodor, un gaz invizibil care este de 8 ori mai greu decât aerul, radonul. Este format din doi izotopi principali - radon-222, unul dintre produșii de descompunere ai U-238, și radon-220, formați în timpul dezintegrarii lui Th-232.

Rocile, solul, plantele, animalele emit radon în atmosferă. Gazul este un produs de degradare al radiului și este produs în orice materialcare o contine. Deoarece radonul este un gaz inert, acesta poate fi eliberat de pe suprafețele care vin în contact cu atmosfera. Cantitatea de radon care iese dintr-o anumită masă de rocă depinde de cantitatea de radiu și de suprafața. Cu cât roca este mai mică, cu atât poate elibera mai mult radon. Concentrația de Rn în aer lângă materialele care conțin radiu depinde și de viteza aerului. În subsoluri, peșteri și minele care au o circulație slabă a aerului, concentrațiile de radon pot atinge niveluri semnificative.

Rn se descompune destul de repede și formează un număr de radionuclizi fiice. Odată formați în atmosferă, produsele de degradare a radonului se combină cu particule fine de praf care se depun pe sol și pe plante și sunt, de asemenea, inhalate de animale. Precipitațiile sunt deosebit de eficiente în curățarea elementelor radioactive din aer, dar impactul și depunerea particulelor de aerosoli contribuie, de asemenea, la depunerea acestora.

În climatul temperat, concentrațiile de radon în interior sunt în medie de aproximativ 5 până la 10 ori mai mari decât în aer liber.

În ultimele decenii, omul a produs „artificial” câteva sute de radionuclizi, raze X asociate, surse, proprietăți care au aplicații în medicină, armata, generarea de energie, instrumentație și explorarea mineralelor.

Efectele individuale ale surselor de radiații create de om variază foarte mult. Majoritatea oamenilor primesc o doză relativ mică de radiații artificiale, dar unii primesc radiații de mii de ori mai mari decât din surse naturale. Sursele create de om sunt mai bunecontrolat decât natural.

Surse de raze X în medicină

În industrie și medicină, de regulă, se folosesc numai radionuclizi puri, ceea ce simplifică identificarea căilor de scurgere din locurile de depozitare și procesul de eliminare.

Utilizarea radiațiilor în medicină este larg răspândită și are potențialul de a avea un impact semnificativ. Include surse de raze X utilizate în medicină pentru:

diagnostic;
terapie;
proceduri analitice;
ritm.

Pentru diagnosticare, sunt utilizate atât surse sigilate, cât și o mare varietate de trasori radioactivi. Instituțiile medicale fac, în general, o distincție între aceste aplicații precum radiologia și medicina nucleară.

Este un tub cu raze X o sursă de radiații ionizante? Tomografia computerizată și fluorografia sunt proceduri de diagnostic bine cunoscute care sunt efectuate cu ajutorul acesteia. În plus, există multe aplicații ale surselor de izotopi în radiografia medicală, inclusiv sursele gamma și beta și sursele experimentale de neutroni pentru cazurile în care aparatele cu raze X sunt incomode, inadecvate sau pot fi periculoase. Din punct de vedere al mediului, radiațiile radiografice nu prezintă un risc atâta timp cât sursele sale rămân responsabile și eliminate în mod corespunzător. În acest sens, istoria elementelor de radiu, a acelor de radon și a compușilor luminescenți care conțin radiu nu este încurajatoare.

Surse de raze X utilizate frecvent pe baza ⁹⁰Srsau ¹⁴⁷ Pm. Apariția ^{252Cf ca generator portabil de neutroni a făcut ca radiografia cu neutroni să fie disponibilă pe scară largă, deși, în general, tehnica este încă foarte dependentă de disponibilitatea reactoarelor nucleare.}

Medicină nucleară

Principalele pericole pentru mediu sunt etichetele radioizotopilor din medicina nucleară și sursele de raze X. Exemple de influențe nedorite sunt următoarele:

iradierea pacientului;
iradierea personalului spitalului;
expunere în timpul transportului de produse farmaceutice radioactive;
impact în timpul producției;
expunerea la deșeuri radioactive.

În ultimii ani, a existat o tendință de reducere a expunerii pacienților prin introducerea de izotopi cu durată mai scurtă de viață, cu un efect mai restrâns și prin utilizarea unor medicamente mai localizate.

Timpul de înjumătățire mai scurt reduce impactul deșeurilor radioactive, deoarece majoritatea elementelor cu viață lungă sunt excretate prin rinichi.

Impactul asupra mediului al canalizării nu pare să depindă dacă pacientul este internat sau ambulator. În timp ce majoritatea elementelor radioactive eliberate sunt probabil să fie de scurtă durată, efectul cumulativ depășește cu mult nivelurile de poluare ale tuturor centralelor nucleare combinate.

Radionuclizii cei mai des utilizați în medicină sunt sursele de raze X:

99mTc – scanare a craniului și a creierului, scanare a sângelui cerebral, scanare a inimii, ficatului, plămânilor, tiroidei, localizare placentară;
131I - sânge, scanare hepatică, localizare placentară, scanare tiroidiană și tratament;
51Cr - determinarea duratei de existență a globulelor roșii sau sechestrare, volumul sanguin;
57Co - test Schilling;
32P – metastaze osoase.

Utilizarea pe scară largă a procedurilor de radioimunotest, a urinei și a altor metode de cercetare care utilizează compuși organici marcați a crescut semnificativ utilizarea preparatelor lichide de scintilație. Soluțiile de fosfor organic, de obicei pe bază de toluen sau xilen, constituie un volum destul de mare de deșeuri organice lichide care trebuie eliminate. Prelucrarea sub formă lichidă este potențial periculoasă și inacceptabilă pentru mediu. Din acest motiv, este de preferat incinerarea deșeurilor.

Din moment ce longevletele ³H sau ^{14C se dizolvă cu ușurință în mediul înconjurător, expunerea lor este în limitele normale. Dar efectul cumulat poate fi semnificativ.}

O altă utilizare medicală a radionuclizilor este utilizarea bateriilor cu plutoniu pentru alimentarea stimulatoarelor cardiace. Mii de oameni sunt în viață astăzi, deoarece aceste dispozitive le ajută inimile să funcționeze. Sursele sigilate de 238Pu (150 GBq) sunt implantate chirurgical la pacienți.

Raze X industriale: surse, proprietăți, aplicații

Medicina nu este singurul domeniu în care această parte a spectrului electromagnetic și-a găsit aplicație. Radioizotopii și sursele de raze X utilizate în industrie reprezintă o parte semnificativă a situației radiațiilor tehnogene. Exemple de aplicații:

radiografie industrială;
măsurarea radiațiilor;
detectoare de fum;
materiale autoluminoase;
cristalografie cu raze X;
scanere pentru verificarea bagajelor și a bagajelor de mână;
lasere cu raze X;
sincrotroni;
ciclotroni.

Deoarece majoritatea acestor aplicații implică utilizarea izotopilor încapsulați, expunerea la radiații are loc în timpul transportului, transferului, întreținerii și eliminării.

Este un tub cu raze X o sursă de radiații ionizante în industrie? Da, este folosit în sistemele de testare nedistructivă din aeroport, în studiul cristalelor, materialelor și structurilor și în controlul industrial. În ultimele decenii, dozele de expunere la radiații în știință și industrie au atins jumătate din valoarea acestui indicator în medicină; prin urmare, contribuția este semnificativă.

Sursele de raze X încapsulate au un efect redus. Dar transportul și eliminarea lor sunt îngrijorătoare atunci când sunt pierdute sau aruncate din greșeală într-o groapă de gunoi. Asemenea surseRazele X sunt de obicei furnizate și instalate ca discuri sau cilindri dublu etanșați. Capsulele sunt fabricate din oțel inoxidabil și necesită verificare periodică pentru scurgeri. Eliminarea lor poate fi o problemă. Sursele cu durată scurtă de viață pot fi depozitate și degradate, dar chiar și atunci trebuie să fie contabilizate corespunzător, iar materialul activ rezidual trebuie eliminat într-o unitate autorizată. În caz contrar, capsulele ar trebui trimise la instituții specializate. Puterea lor determină materialul și dimensiunea părții active a sursei de raze X.

Locații de stocare a surselor de raze X

O problemă din ce în ce mai mare este dezafectarea și decontaminarea în siguranță a siturilor industriale în care au fost depozitate materiale radioactive în trecut. Acestea sunt în mare parte instalații mai vechi de reprocesare nucleară, dar trebuie implicate alte industrii, cum ar fi fabricile pentru producerea de semne cu tritiu autoluminoase.

Sursele de nivel scăzut de lungă durată, care sunt larg răspândite, reprezintă o problemă deosebită. De exemplu, 241Am este folosit în detectoarele de fum. Pe lângă radon, acestea sunt principalele surse de radiații cu raze X în viața de zi cu zi. Individual, nu prezintă niciun pericol, dar un număr semnificativ dintre ei pot prezenta o problemă în viitor.

Explozii nucleare

În ultimii 50 de ani, toată lumea a fost expusă la radiații cauzate de precipitațiile cauzate de testarea armelor nucleare. Apogeul lor era la1954-1958 și 1961-1962.

În 1963, trei țări (URSS, SUA și Marea Britanie) au semnat un acord privind interzicerea parțială a testelor nucleare în atmosferă, ocean și spațiu. În următoarele două decenii, Franța și China au efectuat o serie de teste mult mai mici, care au încetat în 1980. Testele subterane sunt încă în curs, dar în general nu produc precipitații.

Contaminarea radioactivă din testele atmosferice cade în apropierea locului exploziei. Unele dintre ele rămân în troposferă și sunt purtate de vânt în jurul lumii la aceeași latitudine. Pe măsură ce se mișcă, cad la pământ, rămânând aproximativ o lună în aer. Dar majoritatea sunt împinși în stratosferă, unde poluarea rămâne timp de mai multe luni și se scufundă încet pe toată planeta.

Efectele radioactive includ câteva sute de radionuclizi diferiți, dar doar câțiva dintre ei sunt capabili să afecteze corpul uman, așa că dimensiunea lor este foarte mică, iar degradarea este rapidă. Cele mai semnificative sunt C-14, Cs-137, Zr-95 și Sr-90.

Zr-95 are un timp de înjumătățire de 64 de zile, în timp ce Cs-137 și Sr-90 au aproximativ 30 de ani. Doar carbon-14, cu un timp de înjumătățire de 5730, va rămâne activ în viitor.

Energie nucleară

Energia nucleară este cea mai controversată dintre toate sursele de radiații antropice, dar contribuie foarte puțin la impactul asupra sănătății umane. În timpul funcționării normale, instalațiile nucleare eliberează cantități neglijabile de radiații în mediu. februarie 2016Existau 442 de reactoare nucleare în exploatare civilă în 31 de țări și încă 66 erau în construcție. Aceasta este doar o parte a ciclului de producție a combustibilului nuclear. Începe cu exploatarea și măcinarea minereului de uraniu și continuă cu fabricarea combustibilului nuclear. După ce au fost folosite în centrale electrice, celulele de combustie sunt uneori reprocesate pentru a recupera uraniu și plutoniu. În final, ciclul se încheie cu eliminarea deșeurilor nucleare. În fiecare etapă a acestui ciclu, materialele radioactive pot fi eliberate.

Aproximativ jumătate din producția mondială de minereu de uraniu provine din cariere, ceal altă jumătate din mine. Acesta este apoi zdrobit la concasoarele din apropiere, care produc o cantitate mare de deșeuri - sute de milioane de tone. Aceste deșeuri rămân radioactive timp de milioane de ani după ce instalația își încetează activitatea, deși radiația reprezintă o fracțiune foarte mică din mediul natural.

După aceea, uraniul este transformat în combustibil prin procesare și purificare ulterioară la instalațiile de îmbogățire. Aceste procese duc la poluarea aerului și a apei, dar sunt mult mai puține decât în alte etape ale ciclului combustibilului.