Джерела рентгенівського випромінювання. Є рентгенівська трубка джерелом іонізуючого випромінювання?

Упродовж усієї історії життя на Землі організми постійно піддавалися впливу космічних променів і утворених ними в атмосфері радіонуклідів, а також радіації повсюдно зустрічаються в природі речовин. Сучасне життя підлаштуватися під всі особливості та обмеження навколишнього середовища, в тому числі під природні джерела рентгенівського випромінювання. Незважаючи на те, що високий рівень радіації, безумовно, шкідливий для організмів, деякі види радіоактивного випромінювання мають важливе значення для життя. Наприклад, радіаційний фон сприяв фундаментальних процесів хімічної і біологічної еволюції. Також очевидним є факт, що тепло ядра Землі забезпечується і підтримується за рахунок тепла розпаду первинних, природних радіонуклідів.

Космічні промені

Випромінювання позаземного походження, яке безперервно бомбардує Землю, називається космічним. Той факт, що ця проникаюча радіація потрапляє на нашу планету з космосу, а не земного походження, був виявлений в експериментах по вимірюванню іонізації на різних висотах, від рівня моря до 9000 м. Було встановлено, що інтенсивність іонізуючого випромінювання знижувалася до висоти 700 м, а далі з набором висоти швидко зросла. Початкове зниження можна пояснити зменшенням інтенсивності земних гамма-променів, а збільшення – дією космічних. Джерела рентгенівського випромінювання в космосі наступні:

групи галактик;

сейфертовские галактики;

Сонце;

зірки;

квазари;

чорні діри;

залишки наднових;

білі карлики;

темні зірки та ін.

Свідченням такого випромінювання, наприклад, є збільшення інтенсивності космічних променів, що спостерігається на Землі після спалахів на Сонці. Але наше світило не вносить основний внесок у загальний потік, так як його добові варіації дуже малі.

Два типи променів

Космічні промені ділять на первинні і вторинні. Випромінювання, не взаимодействовавшее з речовиною в атмосфері, літосфері або гідросфері Землі, називається первинним. Воно складається з протонів (? 85%) та альфа-частинок (? 14%), з набагато меншими потоками ( < 1%) более тяжелих ядер. Вторичние космические рентгеновские лучи, источники излучения которих – первичное излучение и атмосфера, состоят из субатомних частиц, таких как пиони, мюони и електрони. На уровне моря почти вся наблюдаемая радиация состоит из вторичних космических лучей, 68% которих приходится на мюони и 30% – на електрони. Менее 1% потока на уровне моря состоит из протонов. Первинні космічні промені, як правило, володіють величезною кінетичною енергією. Вони позитивно заряджені і отримують енергію за рахунок прискорення в магнітних полях. У вакуумі космічного простору заряджені частинки можуть довго існувати і подорожувати мільйони світлових років. Під час цього польоту вони набувають високу кінетичну енергію, порядку 2-30 Гев (1 Гев = 10 9 ев). Окремі частинки володіють енергіями до 10 10 Гев. Високі енергії первинних космічних променів дозволяють їм при зіткненні буквально розколювати атоми в земній атмосфері. Поряд з нейтронами, протонами і субатомними частинками можуть утворюватися легкі елементи, такі як водень, гелій і берилій. Мюони завжди заряджені, а також швидко розпадаються на електрони або позитрони.

Магнітний щит

Інтенсивність космічних променів з підйомом різко зростає до досягнення максимуму на висоті близько 20 км. Від 20 км до кордону атмосфери (до 50 км) інтенсивність зменшується. Ця закономірність пояснюється збільшенням виробництва вторинного випромінювання в результаті збільшення щільності повітря. На висоті 20 км більша частина первинної радіації вже вступила у взаємодію, а зменшення інтенсивності з 20 км до рівня моря відображає поглинання вторинних променів атмосферою, що еквівалентно приблизно 10-метрового шару води. Інтенсивність випромінювання також пов'язана з широтою. На одній висоті космічний потік збільшується від екватора до широти 50-60° і залишається постійним до полюсів. Це пояснюється формою магнітного поля Землі і розподілом енергії первинного випромінювання. Магнітні силові лінії, які виходять за межі атмосфери, як правило, паралельні земної поверхні на екваторі і перпендикулярні на полюсах. Заряджені частинки легко рухаються вздовж ліній магнітного поля, але насилу долають його в поперечному напрямку. Від полюсів до 60°, практично всі первинне випромінювання досягає атмосфери Землі, а на екваторі тільки частинки з енергіями, що перевищують 15 Гев, можуть проникнути через магнітний екран.

Вторинні джерела рентгенівського випромінювання

У результаті взаємодії космічних променів з матерією безперервно виробляється значна кількість радіонуклідів. Велика їх частина є фрагментами, але деякі з них утворюються шляхом активації атомів стабільних нейтронами або мюонами. Природне виробництво радіонуклідів в атмосфері відповідає інтенсивності космічного випромінювання по висоті та ширині. Близько 70% їх виникає в стратосфері, а 30% – в тропосфері. За винятком Н-3 і С-14 радіонукліди зазвичай знаходяться в дуже малих концентраціях. Тритій розбавляється і змішується з водою і Н-2 а З-14 з'єднується з киснем з утворенням ЗІ 2 , який змішується з вуглекислим газом атмосфери. Вуглець-14 проникає в рослини в процесі фотосинтезу.

Випромінювання Землі

З багатьох радіонуклідів, які сформувалися з Землею, лише деякі мають період напіврозпаду, досить тривалий, щоб пояснити їх поточне існування. Якщо наша планета утворилася близько 6 млрд років тому, то їм, щоб залишитися у вимірних кількостях, було б період напіврозпаду щонайменше 100 млн років. З первинних радіонуклідів, які досі виявляються, три мають найбільше значення. Джерелом рентгенівського випромінювання є До-40 U-238 і Th-232. Уран і торій кожен утворюють ланцюжок продуктів розпаду, які майже завжди знаходяться в присутності вихідного ізотопу. Хоча багато з дочірніх радіонуклідів недовговічні, вони поширені в навколишньому середовищі, оскільки постійно утворюються з довгоіснуючих вихідних речовин. Інші початкові довгоживучі джерела рентгенівського випромінювання, коротко кажучи, знаходяться в дуже низьких концентраціях. Це Rb-87 La-138 Ce-142 Sm-147 Lu-176 і т. д. Зустрічаються в природі нейтрони утворюють багато інші радіонукліди, але їх концентрація, як правило, дуже низька. У кар'єрі Окло в Габоні, Африка, розташоване свідчення існування «природного реактора», в якому відбувалися ядерні реакції. Збіднення U-235 і наявність продуктів ділення в межах багатого родовища урану, показують, що близько 2 мільярдів років тому тут проходила спонтанно викликана ланцюгова реакція. Незважаючи на те що природні радіонукліди всюдисущі, їх концентрація залежить від місця розташування. Основним резервуаром природної радіоактивності є літосфера. Крім того, у межах літосфери вона значно змінюється. Іноді це пов'язано з певними типами з'єднань і корисними копалинами, іноді – суто регіонально, з невеликою кореляцією з типами гірських порід і мінералів. Розподіл первинних радіонуклідів та їх дочірніх продуктів розпаду в природних екосистемах залежить від багатьох факторів, в тому числі від хімічних властивостей нуклідів, фізичних факторів екосистеми, а також фізіологічних та екологічних атрибутів флори і фауни. Вивітрювання гірських порід, основного їх резервуара, поставляє в грунт U, Th і K. Продукти розпаду Th і U також беруть участь у цій передачі. З грунту K, Ra, трохи U і зовсім мало Th засвоюються рослинами. Вони використовують калій-40 так само, як і стабільний К. Радій, продукт розпаду U-238 використовується рослиною, не тому, що він є ізотопом, а так як він хімічно близький до кальцію. Поглинання урану і торію рослинами, як правило, незначне, оскільки ці радіонукліди зазвичай нерозчинні.

Радон

Найбільш важливим з усіх джерел природної радіації є елемент без смаку і запаху, невидимий газ, який в 8 разів важчий за повітря, радон. Він складається з двох основних ізотопів - радону-222 одного з продуктів розпаду U-238 та радону-220 що утворюється при розпаді Th-232. Гірські породи, ґрунт, рослини, тварини випускають радон в атмосферу. Газ є продуктом розпаду радію і проводиться в будь-якому матеріалі, який його містить. Оскільки радон – інертний газ, він може виділятися поверхнями, контактуючими з атмосферою. Кількість радону, який виходить з даної маси породи, залежить від кількості радію та площі поверхні. Чим дрібніше порода, тим більше радону вона може звільнити. Концентрація Rn у повітрі поряд з радийсодержащими матеріалами також залежить від швидкості руху повітря. У підвалах, печерах і шахтах, які мають погану циркуляцію повітря, концентрації радону можуть досягати значних рівнів. Rn досить швидко розпадається і утворює ряд дочірніх радіонуклідів. Після утворення в атмосфері продукти розпаду радону з'єднуються з дрібними частинками пилу, що осідає на ґрунт і рослини, а також вдихається тваринами. Дощі особливо ефективно очищають повітря від радіоактивних елементів, але зіткнення і осідання частинок аерозолю також сприяє їх осадженню. У помірному кліматі концентрація радону в приміщенні в середньому приблизно в 5-10 разів вище, ніж на відкритому повітрі. За останні кілька десятиліть людина «штучно» зробив кілька сотень радіонуклідів, супутнє рентгенівське випромінювання, джерела, властивості, застосування яких використовуються в медицині, військовій справі, виробництві енергії, приладобудуванні і для розвідки корисних копалин. Індивідуальне дія техногенних джерел радіації сильно різниться. Більшість людей отримує відносно невелику дозу штучної радіації, але деякі – у багато тисяч разів перевищує випромінювання природних джерел. Техногенні джерела краще контролюються, ніж природні.

Джерела рентгенівського випромінювання в медицині

У промисловості і медицині використовують, як правило, тільки чисті радіонукліди, що спрощує виявлення шляхів витоку з місць зберігання і процес утилізації. Використання радіації в медицині широко поширене і потенційно може мати значний вплив. До неї відносять джерела рентгенівського випромінювання, які використовуються в медицині для:

діагностики;

терапії;

аналітичних процедур;

кардіостимуляції.

Для діагностики використовують як закриті джерела, так і велика різноманітність радіоактивних індикаторів. Медичні установи, як правило, розрізняють ці застосування як радіологію та ядерну медицину. Є рентгенівська трубка джерелом іонізуючого випромінювання? Комп'ютерна томографія і флюорографія – добре відомі діагностичні процедури, які виробляються з її допомогою. Крім того, у медичній рентгенографії існує безліч застосувань ізотопних джерел, включаючи гамма - і бета-, і експериментальні джерела нейтронів для випадків, коли рентгенівські апарати незручні, недоречні або можуть бути небезпечні. З точки зору екології рентгенографічне випромінювання не представляє небезпеки до тих пір, поки його джерела залишаються підзвітними і утилізуються належним чином. В цьому відношенні історія радієвих елементів, радонових голок і радийсодержащих люмінесцентних сполук не обнадіює. Зазвичай використовуються джерела рентгенівського випромінювання на основі 90 Sr або 147 Pm. Поява 252 Cf в якості портативного генератора нейтронів зробило нейтронну радіографія широкодоступною, хоча в цілому цей метод як і раніше сильно залежить від наявності ядерних реакторів.

Ядерна медицина

Основну небезпеку впливу на навколишнє середовище являють радіоізотопні мітки в ядерній медицині та джерела рентгенівського випромінювання. Приклади небажаного впливу такі:

опромінення пацієнта;

опромінення персоналу лікарні;

опромінення при транспортуванні радіоактивних фармацевтичних препаратів;

вплив у процесі виробництва;

вплив радіоактивних відходів.

В останні роки спостерігається тенденція до скорочення опромінення пацієнтів за рахунок впровадження короткоживучих ізотопів більше вузькоспрямованої дії і використання більш високолокализованних препаратів. Менший період напіврозпаду зменшує вплив радіоактивних відходів, так як більша частина довгоживучих елементів виводиться через нирки. Мабуть, вплив на навколишнє середовище через каналізацію не залежить від того, чи знаходиться пацієнт лікується в стаціонарі або амбулаторно. Хоча більша частина виділених радіоактивних елементів, ймовірно, буде короткочасною, сукупний ефект значно перевищує рівень забруднення всіх атомних електростанцій разом узятих. Найбільш часто використовуються в медицині радіонукліди – джерела рентгенівського випромінювання:

99m Tc – сканування черепа і мозку, церебральний сканування крові, сканування серця, печінки, легенів, щитовидної залози, плацентарна локалізація;

131 I – кров, сканування печінки, плацентарна локалізація, сканування і лікування щитовидної залози;

51 Cr – визначення тривалості існування червоних клітин крові або секвестрація, об'єм крові;

57 З – проба Шилінга;

32 P – метастази в кістковій тканині.

Широке застосування процедур радиоиммуноанализа, радіаційного аналізу сечі та інших методів дослідження з використанням мічених органічних сполук значно підвищило використання рідинно-сцинтиляційних препаратів. Органічні розчини фосфору, як правило, на основі толуолу або ксилолу, становлять досить великий обсяг рідких органічних відходів, які повинні бути утилізовані. Переробка в рідкій формі є потенційно небезпечною і екологічно неприйнятної. З цієї причини перевага віддається спалювання відходів. Так як довгоіснуючі 3 Н або 14 З легко розчиняються в навколишньому середовищі, їх вплив знаходиться в межах норми. Але сукупний ефект може бути значним. Ще одне медичне застосування радіонуклідів – використання плутонієвих батарей для живлення кардіостимулятора. Тисячі людей живуть сьогодні завдяки тому, що ці пристрої допомагають функціонувати їх сердець. Герметичні джерела 238 Pu (150 ГБк) хірургічним шляхом імплантують пацієнтам.

Промислове рентгенівське випромінювання: джерела, властивості, застосування

Медицина – не єдина область, в якій знайшла застосування дана частина електромагнітного спектра. Значною складовою частиною техногенної радіаційної обстановки є використовувані в промисловості радіоізотопи та джерела рентгенівського випромінювання. Приклади такого застосування:

промислова радіографія;

вимірювання радіації;

детектори диму;

самосвітні матеріали;

рентгенівська кристалографія;

сканери для огляду багажу і ручної поклажі;

рентгенівські лазери;

синхротрони;

циклотрони.

Оскільки більшість з цих застосувань тягне за собою використання інкапсульованих ізотопів, радіаційне опромінення відбувається під час транспортування, передачі, технічного обслуговування та утилізації. Є рентгенівська трубка джерелом іонізуючого випромінювання в промисловості? Так, її використовують в системах неруйнівного контролю аеропортів, у дослідженнях кристалів, матеріалів і структур, промислового контролю. За останні десятиліття дози радіаційного опромінення в науці та промисловості досягли половини значення цього показника в медицині; отже, істотний внесок. Інкапсульовані джерела рентгенівського випромінювання самі по собі надають незначний вплив. Але їх транспортування та утилізація викликають тривогу, коли їх втрачають або помилково викидають на смітник. Такі джерела рентгенівського випромінювання, як правило, поставляються і встановлюються у вигляді двічі герметизованих дисків або циліндрів. Капсули роблять з нержавіючої сталі і вимагають періодичної перевірки на витік. Їх утилізація може представляти проблему. Короткоіснуючі джерела можуть зберігатись і розкладатися, але навіть в цьому випадку вони повинні бути належним чином враховані, а залишковий активний матеріал повинен бути утилізований у ліцензованому установі. В іншому випадку капсули повинні направлятися в спеціалізовані установи. Їх потужність визначає матеріал і розмір активної частини джерела рентгенівського випромінювання.

Місця зберігання джерел рентгенівського випромінювання

Зростаючою проблемою є безпечний вивід з експлуатації та дезактивація промислових майданчиків, на яких є радіоактивні матеріали зберігалися в минулому. В основному це раніше побудовані підприємства з переробки ядерних матеріалів, але необхідно участь і інших галузей промисловості, таких як заводи з виробництва самосветящихся тритийсодержащих знаків. Особливу проблему складають довгоживучі джерела низького рівня, які широко поширені. Наприклад, 241 Am використовується в детектори диму. Крім радону, це основні джерела рентгенівського випромінювання в побуті. Індивідуально вони не представляють ніякої небезпеки, але значна їх кількість може представляти проблему в майбутньому.

Ядерні вибухи

Протягом останніх 50 років кожен піддався дії випромінювання від радіоактивних опадів, викликаних випробуваннями ядерної зброї. Їх пік припав на 1954-1958 і 1961-1962 роки. У 1963 р. три країни (СРСР, США і Великобританія підписали договір про часткову заборону ядерних випробувань в атмосфері, океані і космічному просторі. Протягом наступних двох десятиліть Франція і Китай провели серію набагато менших випробувань, які припинилися в 1980 р. Підземні випробування все ще проводяться, але вони, як правило, не викликають опадів. Радіоактивні забруднення атмосферних випробувань опадає поблизу місця вибуху. Частково вони залишаються в тропосфері і розносяться вітром по всьому світу на тій же широті. По мірі руху вони падають на землю, залишаючись близько місяця в повітрі. Але більша частина виштовхується в стратосферу, де забруднення залишаються багато місяців, і повільно опускаються по всій планеті. Радіоактивні опади містять кілька сотень різних радіонуклідів, але лише деякі з них здатні впливати на організм людини, так, їх розмір дуже малий, а розпад відбувається швидко. Найбільш значущими є C-14 Cs-137 Zr-95 і Sr-90. Zr-95 має період напіврозпаду 64 дні, а Cs-137 і Sr-90 – близько 30 років. Тільки вуглець-14 з періодом піврозпаду 5730 року буде залишатися активним в далекому майбутньому.

Атомна енергія

Атомна енергетика є найбільш спірною з усіх антропогенних джерел випромінювання, але вона має дуже малий внесок у вплив на здоров'я людини. При нормальній роботі ядерні об'єкти виділяють в навколишнє середовище незначна кількість радіації. На лютий 2016 року налічувалося 442 цивільних діючих атомних реактора в 31 країні і ще 66 перебувало у стадії будівництва. Це лише частина циклу виробництва ядерного палива. Починається він з видобутку і подрібнення уранової руди і триває виготовленням ядерного палива. Після використання на електростанціях паливні елементи іноді перероблюються для відновлення урану і плутонію. Врешті-решт, цикл завершується утилізацією ядерних відходів. На кожному етапі цього циклу можлива витік радіоактивних матеріалів. Близько половини обсягів світового видобутку уранової руди надходить з відкритих кар'єрів, інша половина – з шахт. Потім вона подрібнюється на прилеглих дробарках, які виробляють велику кількість відходів – сотні мільйонів тонн. Ці відходи залишаються радіоактивними мільйони років після того, як підприємство припинить свою роботу, хоча радіаційне випромінювання становить дуже малу частку природного фону. Після цього уран перетворюється на паливо шляхом подальшої обробки і очищення на збагачувальних комбінатах. Ці процеси призводять до повітряного і водного забруднення, але вони набагато менше, ніж на інших етапах паливного циклу.