Zdroje rentgenového záření. Je rentgenová trubice zdrojem ionizujícího záření?

Během celé historie života na Zemi byly organismy neustále vystavovány kosmickým paprskům a radionuklidům tvořeným v atmosféře, stejně jako ozařování přirozeně se vyskytujících látek. Moderní život se přizpůsobil všem rysům a omezením životního prostředí, včetně přírodních zdrojů rentgenového záření.

I přes skutečnost, že vysoká úroveň záření je jistě škodlivá pro organismy, některé druhy radioaktivní záření jsou důležité pro život. Například radiační pozadí přispělo k základním procesům chemického a biologického vývoje. Je také zřejmé, že teplo jádra Země je zajištěno a udržováno kvůli rozptýlení tepla primárních přírodních rádionuklidů.

Kosmické paprsky

Záření mimozemského původu, které nepřetržitě bombarduje Zemi, se nazývá kosmické.

Skutečnost, že pronikající záření dopadá na naší planetě od vnějšího prostoru, ale ne pozemní původu, bylo zjištěno při pokusech na míru ionizace v různých výškách, z výšce 9000 m. Bylo zjištěno, že intenzita ionizujícího záření byla snížena do výšky 700 m, a pak se rychle zvyšuje se sadou výšky. Počáteční pokles lze vysvětlit poklesem intenzity pozemských gama záření a nárůstem působením kosmických paprsků.

• skupiny galaxií;
• Galaxie Seyfert;
• Slunce;
• hvězdy;
• quasars;
• černé díry;
• zbytky supernovy;
• bílých trpaslíků;
• tmavé hvězdy atd.

Důkazem takového záření je například zvýšení intenzity kosmických paprsků pozorovaných na Zemi po vzplanutí na slunci. Ale naše svítidlo nemá hlavní přínos k celkovému toku, protože jeho denní variace jsou velmi malé.

Dva typy paprsků

Kosmické paprsky jsou rozděleny na primární a sekundární. Radiace, které v atmosféře, v litosféře nebo v hydrosféře Země nereaguje s hmotou, se nazývá primární. Skládá se z protonů (asymp - 85%) a alfa částic (asymp - 14%), s mnohem menším tokem (< 1%) těžších jader. Sekundární kosmické rentgeny, jejichž zdrojem záření jsou primární záření a atmosféra, sestávají z subatomických částic, jako jsou piony, muony a elektrony. Na hladině moře téměř všechna pozorovaná radiace sestávají ze sekundárních kosmických paprsků, z nichž 68% jsou muony a 30% jsou elektrony. Méně než 1% toku na hladině moře tvoří protony.

Primární kosmické záření mají zpravidla velkou kinetickou energii. Jsou pozitivně nabité a dostávají energii díky zrychlení magnetických polí. Ve vakuu ve vesmíru mohou nabité částice existovat po dlouhou dobu a cestovat miliony světelných let. Během tohoto letu získávají vysokou kinetickou energii, řádově 2-30 GeV (1 GeV = 10^9. eV). Jednotlivé částice mají energii až 10¹⁰ GeV.

Vysoké energie primárních kosmických paprsků jim umožní doslova rozdělit atomy v pozemské atmosféře během srážky. Spolu s neutrony, protony a subatomickými částicemi se mohou vytvářet lehké prvky, jako je vodík, hélium a berýlium. Míóny jsou vždy nabité a také se rychle rozpadají na elektrony nebo pozitrony.

Magnetický štít

Intenzita kosmických paprsků s nárůstem prudce stoupá na maximum v nadmořské výšce přibližně 20 km. Od 20 km do hranice atmosféry (do 50 km) se intenzita snižuje.

Tato pravidelnost se vysvětluje nárůstem výroby sekundárního záření v důsledku zvýšení hustoty vzduchu. Ve výšce 20 km velká část primárního záření vstoupila do interakce, a snížení intenzity z 20 km na výšce odráží vychytávání sekundární svazky atmosféry, což odpovídá vodné vrstvy asi 10 metrů.

Intenzita záření se také vztahuje k zeměpisné šířce. V jedné výšce se kosmický tok z rovníku zvětšuje na šířku 50-60 ° a zůstává konstantní vůči pólům. To je vysvětleno tvarem magnetického pole Země a rozložením energie primárního záření. Magnetické síly, které přesahují atmosféru, jsou zpravidla rovnoběžné s zemským povrchem u rovníku a kolmé k pólu. Nabíjené částice se snadno pohybují po liniích magnetického pole, ale těžko je překonávají v příčném směru. Z pólu na 60 °, téměř veškeré primární záření dosáhne zemské atmosféry a na rovníku mohou proniknout pouze magnetické štítky pouze částice s energií přesahující 15 GeV.

Sekundární rentgenové zdroje

Výsledkem interakce kosmických paprsků s hmotou je kontinuální produkce významného množství radionuklidů. Většina z nich jsou fragmenty, ale některé z nich jsou tvořeny aktivací stabilních atomů neutrony nebo muony. Přirozená výroba radionuklidů v atmosféře odpovídá intenzitě kosmického záření ve výšce a šířce. Asi 70% se vyskytuje ve stratosféře a 30% v troposféře.

S výjimkou H-3 a C-14 jsou radionuklidy obvykle ve velmi nízkých koncentracích. Tritium se zředí a smísí s vodou a H-2 a C-14 se spojí s kyslíkem za vzniku CO₂, který je smíchán s oxidem uhličitým v atmosféře. Carbon-14 proniká do rostlin v procesu fotosyntézy.

Zemské záření

Z mnoha radionuklidů, které se tvořily se Zemí, má jen málo poločasů, které jsou dostatečně dlouhé, aby vysvětlily jejich současnou existenci. Pokud se naše planeta stala asi před 6 miliardami let, pak by pro dosažení měřitelných veličin trvalo poločas nejméně 100 milionů let. Z primárních radionuklidů, které se stále nacházejí, jsou tři nejdůležitější. Zdrojem rentgenového záření je K-40, U-238 a Th-232. Uran a thorium tvoří vždy řetězec produktů rozpadu, které jsou téměř vždy v přítomnosti počátečního izotopu. Ačkoli mnoho z dceřiných radionuklidů je krátkodobých, jsou běžné v životním prostředí, protože jsou neustále tvořeny dlouho trvajícími prekurzory.

Jiné primární zdroje rentgenového záření s dlouhým poločasem života, ve zkratce, jsou ve velmi nízkých koncentracích. Jedná se o Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 atd. Neutrony, které se v přírodě vyskytují, tvoří mnoho jiných radionuklidů, ale jejich koncentrace je obvykle velmi nízká. V Oaklově kariéře v Gabonu v Africe existuje důkaz existence "přirozeného reaktoru", v němž došlo k jaderným reakcím. Vyčerpání U-235 a přítomnost štěpných produktů v ložisku bohatého uranu naznačují, že zde asi 2 miliardy let došlo spontánně vyvolané řetězové reakce.

Přes skutečnost, že původní rádionuklidy jsou všudypřítomné, jejich koncentrace závisí na místě. Hlavní nádrž přirozená radioaktivita je litosféra. Kromě toho se v rámci litosféry značně liší. Někdy to je způsobeno určitými druhy sloučenin a minerálů, někdy - čistě regionálně, s malou korelací s druhy hornin a minerálů.

Rozdělení základních radionuklidů a jejich dceřiných produktů v přirozených ekosystémů závisí na mnoha faktorech, včetně chemických vlastností nuklidů, fyzikálních faktorů ekosystému, jakož i fyziologické a ekologické vlastnosti flóry a fauny. Zvětrávání skal, jejich hlavní nádrž, zásobuje U, Th a K do půdy. Do tohoto přenosu se podílejí i produkty rozpadu Th a U. Z půdy K, Ra, malá U a velmi málo Th jsou absorbovány rostlinami. Využívají draslíku-40, stejně jako stabilní a K. radium, U-238 produkt rozpadu, používaného v elektrárně, a to proto, že je izotop, a protože je chemicky podobný vápníku. Absorpce uranu a thoria rostlinami je obvykle nevýznamná, protože tyto radionuklidy jsou obvykle nerozpustné.

Radon

Nejdůležitější ze všech zdrojů přírodního záření je prvek bez chuti a zápachu, neviditelný plyn, který je osmkrát těžší než vzduch, radon. Skládá se ze dvou hlavních izotopů - radonu-222, jednoho z produktů rozpadu U-238 a radonu-220, vzniklých během rozpadu Th-232.

Skály, půda, rostliny, zvířata vyzařují radon do atmosféry. Plyn je produkt rozpadu rádia a je vyroben z jakéhokoli materiálu, který ho obsahuje. Vzhledem k tomu, že radon je inertním plynem, může být vyzařován povrchy, které přicházejí do kontaktu s atmosférou. Množství radonu, které vychází z dané horninové hmoty, závisí na množství rádia a ploše povrchu. Čím je plemeno menší, tím více radonu může uvolnit. Koncentrace Rn ve vzduchu vedle materiálů obsahujících rádio závisí také na rychlosti pohybu vzduchu. Ve skladech, jeskyních a dolech, které mají špatnou cirkulaci vzduchu, mohou koncentrace radonu dosáhnout významných úrovní.

Rn se rozpadá dostatečně rychle a tvoří řadu dceřiných radionuklidů. Po vytvoření v atmosféře jsou produkty rozpadu radonu kombinovány s jemnými prachovými částicemi, které se usazují na půdě a rostlinách a jsou také inhalovány zvířaty. Déšť je obzvláště účinný při čištění vzduchu z radioaktivních prvků, ale k jejich ukládání přispívá i srážka a úbytek aerosolových částic.

V mírném podnebí je koncentrace radonu v místnosti v průměru zhruba 5-10krát vyšší než v přírodě.

Během posledních několika desetiletí, muž „uměle“ produkoval několik set radionuklidy doprovodných X-ray záření zdroje, vlastnosti a aplikace, které se používají v medicíně, vojenský, elektrické energie a přístrojového vybavení pro geologický průzkum.

Individuální působení umělých zdrojů záření je velmi odlišné. Většina lidí dostává poměrně malou dávku umělého záření, ale několik - tisíckrát záření přírodních zdrojů. Technogenní zdroje jsou lépe kontrolovány než přírodní zdroje.

Zdroje rentgenového záření v medicíně

V průmyslu a lékařství se zpravidla používají pouze čisté radionuklidy, což usnadňuje identifikaci způsobů úniku z úložišť a procesu využití.

Využití radiace v medicíně je rozšířené a může mít významný dopad. Zahrnuje zdroje rentgenového záření používané v medicíně pro:

• diagnostika;
• terapie;
• analytické postupy;
• Pacing.

Pro diagnostiku používejte uzavřené zdroje a širokou škálu radioaktivních indikátorů. Lékařské instituce zpravidla rozlišují tyto aplikace jako radiologii a nukleární medicínu.

Je to tak Rentgenová trubice zdroj ionizujícího záření? Počítačová tomografie a fluorografie jsou dobře známé diagnostické postupy, které jsou prováděny s jeho pomocí. Navíc v lékařské radiografii existuje mnoho použití zdrojů izotopů včetně gamma a beta a experimentálních zdrojů neutronů pro případy, kdy Rentgenové stroje nevhodné, nevhodné nebo mohou být nebezpečné. Pokud jde o ekologii, radiologické záření není nebezpečné, pokud její zdroje zůstávají zodpovědné a řádně likvidovány. V tomto ohledu není povzbudivá historie elementů radiu, radonových jehel a luminiscenčních sloučenin obsahujících radium.

Obecně se používají rentgenové zdroje založené na ⁹⁰Sr nebo ¹⁴⁷ Pm. Vzhled ²⁵²Cf jako přenosný neutronový generátor dělal široko dostupnou neutronovou radiografii, i když obecně tato metoda stále silně závisí na dostupnosti jaderných reaktorů.

Jaderná medicína

Hlavním nebezpečím pro životní prostředí jsou radioizotopní značky v nukleární medicíně a rentgenové zdroje. Příklady nežádoucích účinků jsou:

• ozařování pacienta;
• expozice pracovníků nemocnice;
• vystavení přepravě radioaktivních léčiv;
• dopad ve výrobním procesu;
• dopad radioaktivního odpadu.

V posledních letech dochází k tendenci ke snížení expozice pacienta v důsledku zavedení krátkodobých izotopů s užším zaměřením a užívání vysoce koncentrovaných léků.

Kratší poločas zkracuje účinek radioaktivního odpadu, protože většina prvků s dlouhou životností se vylučuje ledvinami.

Zdá se, že dopad na životní prostředí kanalizačním systémem nezávisí na tom, zda je pacient v nemocnici nebo je považován za ambulantní. I když většina uvolněných radioaktivních prvků pravděpodobně bude krátkodobá, kumulativní efekt je mnohem vyšší než úroveň znečištění všech jaderných elektráren dohromady.

Nejčastěji používanými radionuklidy v medicíně jsou rentgenové zdroje:

• ^99mTc - skenování lebky a mozku, mozkové vyšetření krve, skenování srdce, jater, plic, štítné žlázy, placentární lokalizace;
• ¹³¹I - krev, játra, placentární lokalizace, skenování a léčba štítné žlázy;
• ⁵¹Cr - stanovení trvání existence červených krvinek nebo sekvestrace, objem krve;
• ⁵⁷Shillingova součinnost;
• ³²P - metastázy v kostní tkáni.

Rozsáhlé použití postupů radioimunologických testů, radiační analýzy moči a jiných výzkumných metod s použitím značených organických sloučenin významně zvýšilo použití kapalinových scintilačních léčiv. Organické roztoky fosforu, obvykle na bázi toluenu nebo xylenu, představují poměrně velký objem tekutého organického odpadu, který musí být zlikvidován. Zpracování v kapalné formě je potenciálně nebezpečné a je nepřijatelné z hlediska životního prostředí. Z tohoto důvodu je upřednostňováno spalování odpadu.

Od doby trvání ³H nebo ^{14. místo}C jsou snadno rozpustné v prostředí, jejich účinky jsou v normálních mezích. Ale kumulativní efekt může být významný.

Další lékařskou aplikací radionuklidů je použití plutoniových baterií k energetickým kardiostimulátům. Tisíce lidí žijí dnes kvůli tomu, že tato zařízení pomáhají fungovat v jejich srdcích. Uzavřené zdroje ²³⁸Pu (150 GBq) je chirurgicky implantován u pacientů.

Průmyslové rentgenové záření: zdroje, vlastnosti, aplikace

Lékařství není jedinou oblastí, ve které tato část elektromagnetického spektra nalezla uplatnění. Významnou složkou technogenní radiační situace jsou radioizotopy a zdroje rentgenového záření používané v průmyslu. Příklady takových aplikací:

• průmyslová radiografie;
• měření záření;
• detektory kouře;
• samolepící materiály;
• Rentgenová krystalografie;
• skenery pro vyšetření zavazadel a příručních zavazadel;
• Rentgenové lasery;
• synchrotrony;
• cyklotrony.

Protože většina těchto aplikací zahrnuje použití zapouzdřených izotopů, dochází při přenosu, přenosu, údržbě a likvidaci k ozáření.

Je rentgenová trubice zdrojem ionizujícího záření v průmyslu? Ano, používá se v systémech nedestruktivní kontroly letišť, ve studiích krystalů, materiálů a konstrukcí, v průmyslových kontrolách. Během posledních desetiletí dosáhly dávky radiační expozice ve vědě a průmyslu v lékařství polovinu hodnoty tohoto ukazatele, a proto je příspěvek významný.

Zapouzdřené zdroje rentgenového záření mají jen malý účinek. Ale jejich přeprava a likvidace jsou alarmující, když jsou ztraceny nebo mylně hodeny na skládku. Takovéto rentgenové zdroje jsou obvykle dodávány a instalovány ve formě dvojitě utěsněných disků nebo válců. Kapsule jsou vyrobeny z nerezové oceli a vyžadují pravidelné zkoušky těsnosti. Jejich odstranění může být problémem. Krátkodobá zdroje mohou ušetřit i úpadek, ale ani v tomto případě by měly být řádně vzaty v úvahu, a zbývající aktivní materiál musí být zlikvidován v licencovaném zařízení. Jinak by kapsle měly být zasílány do specializovaných institucí. Jejich síla určuje materiál a velikost aktivní části zdroje rentgenového záření.

Místo pro umístění rentgenových zdrojů

Rostoucím problémem je bezpečné vyřazování z provozu a dekontaminace průmyslových areálů, kde byly v minulosti uloženy radioaktivní materiály. V podstatě to dříve postavený podniky na zpracování jaderných materiálů, ale musí být součástí jiných průmyslových odvětvích, jako jsou továrny na výrobu světélkujících tritia znamení.

Zvláštním problémem jsou dlouhotrvající nízkoúrovňové zdroje, které jsou široce distribuovány. Například, ²⁴¹Am se používá v detektorech kouře. Kromě radonu se jedná o hlavní zdroje rentgenového záření v každodenním životě. Individuálně nepředstavují žádné nebezpečí, ale značná část z nich může v budoucnu představovat problém.

Jaderné výbuchy

Během posledních 50 let byl každý vystaven záření z radioaktivního spadu způsobenému zkouškami jaderných zbraní. Jejich vrchol se objevil v letech 1954-1958 av letech 1961-1962.

V roce 1963 podepsaly tři země (SSSR, Spojené státy a Velká Británie) dohodu o částečném zákazu jaderných zkoušek v ovzduší, oceánu a vesmíru. Během příštích dvou desetiletí provedla Francie a Čína řadu mnohem menších zkoušek, které skončily v roce 1980. Testování pod zemí probíhá stále, ale obvykle nezpůsobují srážky.

Rádioaktivní kontaminace po atmosférických zkouškách se blíží místu výbuchu. Částečně zůstávají v troposféře a jsou neseny větrem po celém světě ve stejné zeměpisné šířce. Když se pohybují, padnou na zem a zbývají asi měsíc ve vzduchu. Většina z nich se však dostává do stratosféry, kde znečištění zůstává po mnoho měsíců a pomalu sestupuje po celé planetě.

Radioaktivní srážení zahrnuje několik stovek různých radionuklidů, ale jen několik z nich je schopno ovlivnit lidské tělo, takže jejich velikost je velmi malá a rozklad se objeví rychle. Nejvýznamnější jsou C-14, Cs-137, Zr-95 a Sr-90.

Zr-95 má poločas rozpadu 64 dní a Cs-137 a Sr-90 - přibližně 30 let. Pouze uhlík-14 s poločasem rozpadu 5730 zůstal aktivní ve vzdálené budoucnosti.

Atomová energie

Jaderná energie je nejkontroverznější ze všech zdrojů antropogenního záření, má však velmi malý vliv na vliv na lidské zdraví. Při normálním provozu jaderná zařízení vypouštějí do životního prostředí malé množství záření. Od února 2016 bylo v 31 zemích 442 civilních provozovatelů jaderných reaktorů a dalších 66 bylo ve výstavbě. To je jen část jaderného palivového cyklu. Začíná těžbou a mletím uranové rudy a pokračuje v produkci jaderného paliva. Jakmile jsou v elektrárnách používány, palivové články jsou někdy recyklovány pro obnovu uranu a plutonia. Koneckonců, cyklus končí recyklací jaderný odpad. V každém stadiu tohoto cyklu je možný únik radioaktivních materiálů.

Asi polovina světové produkce uranové rudy pochází z otevřených lomů, z druhé poloviny z dolů. Pak se rozdrtí na nedalekých drtičů, které produkují velké množství odpadu - stovky milionů tun. Tyto odpady zůstávají radioaktivní po milionech let poté, co podnik přestal fungovat, i když ozařování představuje velmi malý zlomek přirozeného pozadí.

Poté se uran konvertuje na palivo dalším zpracováním a čištěním v koncentračních zařízeních. Tyto procesy vedou k znečištění ovzduší a vod, ale jsou mnohem menší než v jiných fázích palivového cyklu.