Surse de raze X. Tubul X este sursa radiațiilor ionizante?

De-a lungul istoriei vieții pe Pământ organisme sunt în mod constant expuse la razele cosmice și le educați într-o atmosferă de radionuclizi și radiații de-a lungul substanțelor care apar în mod natural. Viața modernă sa adaptat la toate caracteristicile și limitările mediului, inclusiv la sursele naturale de radiații cu raze X.

În ciuda faptului că un nivel ridicat de radiații este cu siguranță dăunător organismelor, unele specii radiații radioactive sunt importante pentru viață. De exemplu, fundalul radiațiilor a contribuit la procesele fundamentale ale evoluției chimice și biologice. De asemenea, este evident faptul că căldura miezului Pământului este asigurată și menținută datorită disipării căldurii radionuclizilor primari, naturali.

Razele rasiale

Radiația originii extraterestre, care bombardează continuu Pământul, se numește cosmică.

Faptul că radiația penetrantă cade pe planeta noastră din spațiul cosmic, dar nu de origine terestră, a fost găsit în experimente pentru a măsura ionizarea la diferite altitudini, de la nivelul marii pana la 9000 m. Sa constatat că intensitatea radiației ionizante a fost redusă la o înălțime de 700 m, și apoi a crescut rapid cu setul de înălțimi. Declinul inițial poate fi atribuită o scădere a intensității razelor gamma terestre și creșterea - cosmică.

• grupuri de galaxii;
• Galaxii de la Seyfert;
• Soarele;
• stele;
• quasari;
• gauri negre;
• supraviețuirea supernovelor;
• pitici albi;
• vedetele întunecate etc.

Dovada unei astfel de radiații, de exemplu, este creșterea intensității radiațiilor cosmice observate pe Pământ după izbucniri pe Soare. Dar lumina noastră nu contribuie în principal la fluxul global, deoarece variațiile sale diurne sunt foarte mici.

Două tipuri de raze

Razele rasiale sunt împărțite în primar și secundar. Radiația care nu interacționează cu materia în atmosferă, litosferă sau hidrosferă a Pământului este numită primară. Se compune din protoni (asymp - 85%) și particule alfa (asymp - 14%), cu fluxuri mult mai mici (< 1%) de nuclee mai grele. Radiațiile cosmice secundare, ale căror surse de radiație sunt radiații primare și atmosferă, constau din particule subatomice, cum ar fi pionii, muonii și electronii. La nivelul mării, aproape toată radiația observată constă în raze cosmice secundare, dintre care 68% sunt muoni și 30% sunt electroni. Mai puțin de 1% din fluxul la nivelul mării constă din protoni.

Radiațiile cosmice primare, de regulă, au o mare energie cinetică. Ele sunt încărcate pozitiv și primesc energie datorită accelerației în câmpurile magnetice. Într-un vid al spațiului cosmic, particulele încărcate pot exista pentru o lungă perioadă de timp și călătoresc milioane de ani lumină. În timpul acestui zbor dobândesc o energie cinetică mare, de ordinul 2-30 GeV (1 GeV = 10⁹ eV). Particulele particulare au energii de până la 10¹⁰ GeV.

Energiile înalte ale radiațiilor cosmice primare le permit literalmente să împartă atomii într-o atmosferă terestră în timpul unei coliziuni. Împreună cu neutronii, protonii și particulele subatomice se pot forma elemente ușoare cum ar fi hidrogen, heliu și beriliu. Mioanele sunt întotdeauna încărcate și, de asemenea, se descompun rapid în electroni sau positroni.

Ecranul magnetic

Intensitatea razelor cosmice cresc brusc la maxim la o altitudine de aproximativ 20 km. De la 20 km până la limita atmosferei (până la 50 km), intensitatea scade.

Această regularitate se explică prin creșterea producției de radiații secundare ca urmare a creșterii densității aerului. La o altitudine de 20 km, cea mai mare parte a radiației primare a interacționat deja, iar o scădere a intensității de la 20 km la nivelul mării reflectă absorbția razelor secundare de către atmosferă, echivalentă cu aproximativ 10 metri de strat de apă.

Intensitatea radiației este, de asemenea, legată de latitudine. La o înălțime, fluxul cosmic crește de la ecuator la o latitudine de 50-60 ° și rămâne constant la poli. Acest lucru se explică prin forma câmpului magnetic al Pământului și distribuția energiei radiației primare. Liniile magnetice de forță care se extind dincolo de atmosferă sunt, de regulă, paralele cu suprafața pământului la ecuator și perpendiculare pe stâlpi. Particulele încărcate se deplasează ușor de-a lungul liniilor câmpului magnetic, dar abia depășesc direcția transversală. De la poli la 60 °, aproape toată radiația primară atinge atmosfera Pământului, iar la ecuator, numai particulele cu energii mai mari de 15 GeV pot pătrunde prin scutul magnetic.

Surse secundare de raze X

Ca urmare a interacțiunii dintre razele cosmice și materie, se produce o cantitate semnificativă de radionuclizi. Cele mai multe dintre acestea sunt fragmente, dar unele dintre ele se formează prin activarea atomilor stabili de către neutroni sau muoni. Producția naturală de radionuclizi în atmosferă corespunde intensității radiației cosmice în înălțime și latitudine. Aproximativ 70% din ele apar în stratosferă și 30% în troposferă.

Cu excepția H-3 și C-14, radionuclizii sunt de obicei în concentrații foarte scăzute. Tritiumul este diluat și amestecat cu apă și H-2, iar C-14 se combină cu oxigen pentru a forma CO₂, care este amestecat cu dioxidul de carbon din atmosferă. Carbon-14 pătrunde în plante în procesul de fotosinteză.

Radiația pământului

Dintre numeroasele radionuclizi care s-au format cu Pământul, doar câțiva au un timp de înjumătățire suficient de lung pentru a explica existența lor actuală. Dacă planeta noastră a fost formată acum 6 miliarde de ani, atunci pentru a rămâne în cantități măsurabile, ar avea un timp de înjumătățire de cel puțin 100 de milioane de ani. Dintre radionuclizii primari care se găsesc încă, trei sunt de cea mai mare importanță. Sursa radiațiilor X este K-40, U-238 și Th-232. Uraniul și toriul formează fiecare câte un lanț de produse de dezintegrare, care sunt aproape întotdeauna în prezența izotopului inițial. Deși multe dintre radionuclizii fiice sunt de scurtă durată, ele sunt comune în mediul înconjurător, deoarece sunt formate în mod constant din precursori de lungă durată.

Alte surse primare de lungă durată de raze X, pe scurt, sunt în concentrații foarte scăzute. Acestea sunt Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 etc. Neutronii întâlniți în natură formează și alți radionuclizi, dar concentrația acestora este de obicei foarte scăzută. În cariera lui Oaklo în Gabon, în Africa, există dovezi ale existenței unui "reactor natural" în care au avut loc reacții nucleare. Depleția U-235 și prezența produselor de fisiune în depozitul bogat de uraniu indică faptul că acum 2 miliarde de ani în urmă a apărut o reacție în lanț spontan evocată.

În ciuda faptului că radionuclizii originali sunt omniprezenți, concentrarea lor depinde de locație. Rezervorul principal radioactivitatea naturală este litosfera. În plus, variază considerabil în cadrul litosferei. Uneori acest lucru se datorează anumitor tipuri de compuși și minerale, uneori - pur regionale, cu o mică corelație cu tipurile de roci și minerale.

Distribuția radionuclizilor primari și produsele lor fiice în ecosistemele naturale depinde de mai mulți factori, inclusiv proprietățile chimice ale nuclidele, factori fizici ai ecosistemului, precum și atribute fiziologice și ecologice ale florei și faunei. Dezagregare a rocilor, rezervor lor principală aprovizionează solul U, Th și K. Th și U produse de descompunere iau parte la acest program. Din solul K, Ra, micul U și foarte puțin Th sunt absorbite de plante. Ei folosesc potasiu 40 precum radiu stabile și K., U-238 produs descompunere, utilizat de planta, nu pentru că este un izotop, iar din punct de vedere chimic este similar cu calciu. Absorbția plantelor de uraniu și toriu sunt de obicei mici, deoarece acești radionuclizi sunt, de obicei insolubile.

radon

Cea mai importantă sursă de radiație naturală este un element fără gust și miros, un gaz invizibil de 8 ori mai greu decât aerul, radon. Se compune din două izotopi principali - radon-222, unul dintre produsele de dezintegrare a U-238 și radon-220, formate în timpul decăderii Th-232.

Stânci, sol, plante, animale emit radon în atmosferă. Gazul este un produs al degradării radiului și este produs în orice material care îl conține. Deoarece radonul este un gaz inert, acesta poate fi emis de suprafețele care vin în contact cu atmosfera. Cantitatea de radon care emană dintr-o anumită masă de rocă depinde de cantitatea de radium și de suprafață. Cu cat rasa este mai mica, cu atat radonul se poate elibera. Concentrația de Rn în aer de lângă materialele care conțin radiație depinde, de asemenea, de viteza de mișcare a aerului. În subsoluri, peșteri și mine care au circulație slabă a aerului, concentrațiile de radon pot atinge niveluri semnificative.

Rn se descompune suficient de rapid și formează o serie de radionuclizii fiice. După formarea în atmosferă, produsele de dezintegrare ale radonului sunt combinate cu particule fine de praf care se depun pe sol și plante și sunt, de asemenea, inhalate de animale. Ploile sunt deosebit de eficiente în purificarea aerului de elemente radioactive, dar coliziunea și slăbirea particulelor de aerosoli contribuie, de asemenea, la depunerea lor.

Într-un climat moderat, concentrația de radon într-o cameră este în medie de aproximativ 5-10 ori mai mare decât în ​​aer liber.

De-a lungul ultimelor decenii, omul „artificial“ produs de mai multe sute de radionuclizi care însoțesc raze X radiații surse, proprietăți și aplicații care sunt utilizate în medicină, militare, generarea de energie electrică, precum și instrumente pentru explorarea minerale.

Acțiunea individuală a surselor de radiații omenești este foarte diferită. Majoritatea oamenilor primesc o doză relativ mică de radiații artificiale, dar unele - de mii de ori radiațiile surselor naturale. Sursele tehnologice sunt mai bine controlate decât sursele naturale.

Surse de raze X în medicină

În industrie și medicină, de regulă, se utilizează numai radionuclizi puri, ceea ce face mai ușor să se identifice căile de scurgere de pe siturile de stocare și procesul de utilizare.

Utilizarea radiațiilor în medicină este larg răspândită și poate avea un impact semnificativ. Acesta include sursele de radiații cu raze X utilizate în medicină pentru:

• diagnosticare;
• terapie;
• proceduri analitice;
• pacing.

Pentru diagnostic folosiți atât surse închise, cât și o gamă largă de indicatori radioactivi. Instituțiile medicale, ca regulă, disting aceste aplicații ca radiologie și medicina nucleară.

Este Tub de raze X sursă de radiații ionizante? Tomografia computerizată și fluorografia sunt proceduri de diagnostic bine cunoscute care sunt efectuate cu ajutorul acestuia. În plus, în radiografia medicală, există multe utilizări ale surselor de izotopi, inclusiv gamma și beta, și surse experimentale de neutroni pentru cazurile când Mașini cu raze X incomod, nepotrivit sau poate fi periculos. În ceea ce privește ecologia, radiația radiologică nu este periculoasă, atâta timp cât sursele acesteia rămân răspunzătoare și eliminate în mod corespunzător. În acest sens, istoricul elementelor de radium, acelor de radon și a compușilor luminescenți care conțin radiu nu este încurajator.

În general, sursele de raze X sunt utilizate pe baza ⁹⁰Sr sau ¹⁴⁷ Pm. apariție ²⁵²Cf, ca un generator neutron portabil, a făcut radiografie cu neutroni disponibilă pe scară largă, deși, în general, această metodă încă depinde puternic de disponibilitatea reactoarelor nucleare.

Medicină nucleară

Principalul pericol pentru mediu este reprezentat de etichetele radioizotopilor din medicina nucleară și sursele de raze X. Exemple de efecte nedorite sunt:

• iradierea pacientului;
• expunerea personalului spitalicesc;
• expunerea la transportul de produse farmaceutice radioactive;
• impactul în procesul de producție;
• impactul deșeurilor radioactive.

În ultimii ani, a existat o tendință de a reduce expunerea pacientului datorită introducerii unor izotopi cu durată scurtă de viață a acțiunii mai concentrate și a utilizării medicamentelor mai colocalizate.

Un timp de înjumătățire mai scurt reduce efectul deșeurilor radioactive, deoarece majoritatea elementelor cu durată lungă de viață sunt excretate prin rinichi.

Aparent, impactul asupra mediului prin sistemul de canalizare nu depinde de faptul dacă pacientul se află în spital sau este tratat ca ambulator. Deși majoritatea elementelor radioactive eliberate sunt susceptibile de a fi de scurtă durată, efectul cumulativ este mult mai mare decât nivelul de poluare al tuturor centralelor nucleare combinate.

Cele mai frecvent utilizate în radionuclizii de medicină sunt sursele de raze X:

• ^99mTc - scanarea craniului și a creierului, scanarea cerebrală a sângelui, scanarea inimii, ficatului, plămânilor, glandei tiroide, localizarea placentară;
• ¹³¹I - sânge, scanări hepatice, localizare placentară, scanare și tratament al glandei tiroide;
• ⁵¹Cr - determinarea duratei existenței celulelor roșii din sânge sau a sechestrării, volumul sângelui;
• ⁵⁷Procesul de judecată al lui Shilling;
• ³²P - metastaze în țesutul osos.

Utilizarea pe scară largă a procedurilor de radioimunoanaliză, analiza radiațiilor urinare și a altor metode de cercetare care utilizează compuși organici marcați a mărit semnificativ utilizarea medicamentelor de scintilație lichidă. Soluțiile organice ale fosforului, bazate în mod obișnuit pe 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 din punct de vedere ecologic. Din acest motiv, se preferă incinerarea deșeurilor.

Deoarece a trăit mult ³H sau ¹⁴C sunt ușor solubili în mediu, efectele lor sunt în limite normale. Dar efectul cumulativ poate fi semnificativ.

O altă aplicație medicală a radionuclizilor este utilizarea bateriilor de plutoniu la stimulatoarele cardiace. Mii de oameni sunt în viață astăzi, datorită faptului că aceste dispozitive ajută să funcționeze inimile lor. Surse sigilate ²³⁸Pu (150 GBq) este implantat chirurgical la pacienți.

Radiații industriale cu raze X: surse, proprietăți, aplicații

Medicina nu este singura zonă în care această parte a spectrului electromagnetic a fost găsită. O componentă semnificativă a situației radiației tehnologice este radioizotopii și sursele de raze X utilizate în industrie. Exemple de astfel de aplicații:

• radiografia industrială;
• măsurarea radiațiilor;
• detectoare de fum;
• materiale auto-luminoase;
• Cristalografie cu raze X;
• scanere pentru examinarea bagajelor și bagajelor de mână;
• Lămpi cu raze X;
• sincrotroni;
• ciclotroane.

Deoarece majoritatea acestor aplicații implică utilizarea izotopilor încapsulați, expunerea la radiații apare în timpul transportului, transmisiei, întreținerii și eliminării.

Tubul X este sursa radiațiilor ionizante din industrie? Da, este utilizat în sistemele de control nedistructiv al aeroporturilor, în studiul cristalelor, materialelor și structurilor, al controlului 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 încapsulate de raze X au un efect redus. Dar transportul și eliminarea lor sunt alarmante atunci când sunt pierdute sau aruncate în mod eronat într-un depozit de deșeuri. Astfel de surse de raze X sunt de obicei furnizate și instalate sub formă de discuri sau cilindri dubli sigilați. Capsulele sunt fabricate din oțel inoxidabil și necesită testare periodică a scurgerilor. Eliminarea lor poate fi o problemă. Sursele de scurtă durată pot fi stocate și descompuse, dar chiar și atunci ele trebuie luate în considerare în mod corespunzător și materialul rezidual activ trebuie să fie aruncat într-o instituție licențiată. În caz contrar, capsulele trebuie trimise instituțiilor specializate. Puterea lor determină materialul și mărimea părții active a sursei de raze X.

Locații de depozitare pentru surse de raze X

O problemă tot mai mare este dezafectarea și decontaminarea în siguranță a locurilor industriale unde materialele radioactive au fost depozitate în trecut. În principiu, acestea sunt întreprinderi construite anterior pentru prelucrarea materialelor nucleare, dar este necesar să se participe și la alte industrii, cum ar fi fabricile pentru producerea de semne care conțin tritium auto-luminos.

O problemă deosebită o reprezintă sursele de lungă durată de nivel scăzut, care sunt distribuite pe scară largă. De exemplu, ²⁴¹Am este utilizat în detectoarele de fum. În plus față de radon, acestea sunt principalele surse de radiații cu raze X în viața de zi cu zi. În mod individual, ele nu reprezintă niciun pericol, dar un număr semnificativ dintre ele poate reprezenta o problemă în viitor.

Exploziile nucleare

În ultimii 50 de ani, toată lumea a fost expusă la radiații cauzate de testele cu arme nucleare. Vârful lor a avut loc în 1954-1958 și în 1961-1962.

În 1963, trei țări (URSS, Statele Unite și Marea Britanie) au semnat un acord privind interzicerea parțială a testelor nucleare în atmosferă, ocean și spațiul cosmic. În următoarele două decenii, Franța și China au efectuat o serie de studii mult mai mici, care au încetat în 1980. Testarea subterană este încă în desfășurare, dar de obicei nu provoacă precipitații.

Contaminarea radioactivă după testele atmosferice se apropie de locul exploziei. Parțial rămân în troposferă și sunt purtați de vântul din jurul lumii la aceeași latitudine. Pe măsură ce se mișcă, cad la pământ, rămânând aproximativ o lună în aer. Dar cea mai mare parte a acesteia este împinsă în stratosfera, unde poluarea rămâne timp de multe luni și coboară lent de-a lungul întregii planete.

Precipitarea radioactivă include câteva sute de radionuclizi diferiți, dar numai câțiva dintre ei sunt capabili să afecteze corpul uman, deci mărimea lor este foarte mică, iar dezintegrarea are loc rapid. Cele mai semnificative sunt C-14, Cs-137, Zr-95 și Sr-90.

Zr-95 are un timp de înjumătățire de 64 de zile, iar Cs-137 și Sr-90 - aproximativ 30 de ani. Numai carbonul 14, cu un timp de înjumătățire de 5730, va rămâne activ în viitorul îndepărtat.

Energie atomică

Energia nucleară este cea mai controversată dintre toate sursele de radiații antropice, dar are o contribuție foarte mică la impactul asupra sănătății umane. În condiții normale de funcționare, instalațiile nucleare emite o cantitate mică de radiații în mediul înconjurător. În februarie 2016, în 31 de țări existau 442 de reactoare nucleare care funcționau civil și alte 66 erau în construcție. Aceasta este doar o parte din ciclul combustibilului nuclear. Începe cu extracția și măcinarea minereului de uraniu și continuă să producă combustibil nuclear. Odată folosit în centralele electrice, celulele de combustie sunt uneori reciclate pentru recuperarea uraniului și a plutoniului. La urma urmei, ciclul se încheie cu reciclarea deșeuri nucleare. În fiecare etapă a acestui ciclu, este posibilă scurgerea materialelor radioactive.

Aproximativ jumătate din producția de minereu de uraniu din lume provine din carierele deschise, cealaltă jumătate din mine. Apoi, este zdrobit pe concasoarele din apropiere, care produc o cantitate mare de deșeuri - sute de milioane de tone. Aceste deșeuri rămân radioactive la milioane de ani după ce întreprinderea a încetat să opereze, deși radiația radiațiilor constituie o foarte mică parte a fondului natural.

După aceasta, uraniul este transformat în combustibil prin procesare ulterioară și curățare la instalațiile de concentrare. Aceste procese conduc la poluarea aerului și a apei, dar sunt mult mai puțin decât la alte etape ale ciclului combustibilului.