Radioaktivní zdroj je určité množství radionuklidu, který emituje ionizující záření. Ten obvykle zahrnuje gama záření, částice alfa a beta a neutronové záření.
Role zdrojů
Mohou být použity pro ozařování, kdy záření plní ionizační funkci, nebo jako zdroj metrologického záření pro kalibraci radiometrického procesu a přístrojové techniky. Používají se také k monitorování průmyslových procesů, jako je měření tloušťky v papírenském a ocelářském průmyslu. Zdroje mohou být utěsněny v nádobě (vysoce pronikající záření) nebo uloženy na povrchu (nízkopronikající záření) nebo v kapalině.
Význam a použití
Jako zdroj záření se používají v lékařství pro radiační terapii a v průmyslu pro radiografii, ozařovánípotraviny, sterilizace, hubení škůdců a ozařování PVC zesíťování.
Radionuklidy
Radionuklidy se vybírají podle typu a povahy záření, jeho intenzity a poločasu rozpadu. Mezi běžné zdroje radionuklidů patří kob alt-60, iridium-192 a stroncium-90. Měřením množství aktivity zdroje SI je Becquerel, ačkoli historická jednotka Curie je stále částečně používána, například v USA, přestože americký NIST důrazně doporučuje použití jednotky SI. Pro zdravotní účely je to v EU povinné.
Lifetime
Zdroj radiace obvykle žije 5 až 15 let, než jeho aktivita klesne na bezpečnou úroveň. Pokud jsou však dostupné radionuklidy s dlouhým poločasem rozpadu, lze je jako kalibrační nástroje používat mnohem déle.
Uzavřené a skryté
Mnoho radioaktivních zdrojů je uzavřeno. To znamená, že jsou trvale buď zcela obsaženy v kapsli, nebo jsou pevně spojeny pevnou látkou s povrchem. Kapsle jsou obvykle vyrobeny z nerezové oceli, titanu, platiny nebo jiného inertního kovu. Použití uzavřených zářičů eliminuje prakticky všechna rizika rozptýlení radioaktivního materiálu do prostředí v důsledku nesprávné manipulace, ale kontejner není navržen tak, aby tlumil záření, takže pro radiační ochranu je nutné dodatečné stínění. Uzavřené se také používají téměř ve všech případech, kdy neje vyžadováno chemické nebo fyzikální začlenění do kapaliny nebo plynu.
Uzavřené zdroje klasifikuje IAEA podle jejich aktivit ve vztahu k minimálně nebezpečnému radioaktivnímu objektu (který může lidem způsobit značné škody). Použitý poměr je A/D, kde A je zdrojová aktivita a D je minimální nebezpečná aktivita.
Upozorňujeme, že zdroje s dostatečně nízkou radioaktivní výtěžností (jako jsou ty, které se používají v detektorech kouře), aby nepoškodily člověka, nejsou klasifikovány.
Kapsle
Kapslové zdroje, kde záření účinně přichází z bodu, se používají ke kalibraci beta, gama a rentgenových přístrojů. V poslední době jsou nepopulární jak jako průmyslové objekty, tak jako objekty pro studium.
Platové pružiny
Široce se používají pro kalibraci přístrojů pro radioaktivní kontaminaci. To znamená, že ve skutečnosti hrají roli jakýchsi zázračných počítadel.
Na rozdíl od kapslového zdroje musí být pozadí emitované deskovým zdrojem na povrchu, aby se zabránilo vyblednutí nádoby nebo samozastínění kvůli povaze materiálu. To je důležité zejména pro částice alfa, které jsou snadno zastaveny malou hmotou. Braggova křivka ukazuje účinek tlumení v atmosférickém vzduchu.
Neotevřeno
Neotevřené zdroje jsou takové, které nejsou v trvale uzavřené nádobě a jsou široce používány pro lékařské účely. Uplatňují se v případechkdyž je třeba zdroj rozpustit v kapalině pro injekci pacientovi nebo požití. Používají se také v průmyslu podobným způsobem pro detekci úniků jako radioaktivní indikátor.
Aspekty recyklace a životního prostředí
Likvidace prošlých radioaktivních zdrojů představuje podobné problémy jako likvidace jiného jaderného odpadu, i když v menší míře. Vyčerpané nízkoaktivní zdroje budou někdy dostatečně neaktivní, aby mohly být zlikvidovány běžnými metodami likvidace odpadu, obvykle na skládkách. Jiné způsoby zneškodňování jsou podobné těm, které se používají pro radioaktivní odpad vyšší úrovně, využívající různé hloubky vrtů v závislosti na aktivitě odpadu.
Známým případem neopatrné manipulace s takovým předmětem byla nehoda v Goiania, která vedla ke smrti několika lidí.
Záření na pozadí
Záření na pozadí je na Zemi vždy přítomné. Většina záření na pozadí pochází přirozeně z minerálů, zatímco malá část pochází z umělých prvků. Přírodní radioaktivní minerály v zemi, půdě a vodě produkují záření na pozadí. Lidské tělo dokonce obsahuje některé z těchto přírodních radioaktivních minerálů. Kosmické záření také přispívá k radiačnímu pozadí kolem nás. Mohou existovat velké rozdíly v úrovních přirozené radiace pozadí z místa na místo, stejně jako změny ve stejném místě v průběhu času. Přírodní radioizotopy jsou velmi silným pozadímemitory.
Kosmické záření
Kosmické záření pochází z extrémně energetických částic ze Slunce a hvězd, které vstupují do zemské atmosféry. To znamená, že tato nebeská tělesa lze nazvat zdroji radioaktivního záření. Některé částice dopadnou na zem, zatímco jiné interagují s atmosférou a vytvářejí různé druhy záření. Úrovně se zvyšují, jak se přibližujete k radioaktivnímu objektu, takže množství kosmického záření se obvykle zvyšuje úměrně stoupání. Čím vyšší nadmořská výška, tím vyšší dávka. To je důvod, proč lidé žijící v Denveru v Coloradu (5 280 stop) dostávají vyšší roční dávku záření z kosmického záření než kdokoli žijící na úrovni moře (0 stop).
Těžba uranu v Rusku zůstává kontroverzním a „žhavým“tématem, protože tato práce je extrémně nebezpečná. Uran a thorium nacházející se v zemi se přirozeně nazývají primární radionuklidy a jsou zdrojem pozemského záření. Stopová množství uranu, thoria a produktů jejich rozpadu lze nalézt všude. Zjistěte více o radioaktivním rozpadu. Úrovně suchozemského záření se liší podle lokality, ale oblasti s vyššími koncentracemi uranu a thoria v povrchových půdách obvykle zažívají vyšší úrovně dávek. Lidé zapojení do těžby uranu v Rusku jsou proto vystaveni velkému riziku.
Záření a lidé
V lidském těle se mohou nacházet stopy radioaktivních látek (hlavně přírodní draslík-40). Prvek se nachází v potravinách, půdě a vodě, které mypřijmout. Naše těla obsahují malé množství záření, protože tělo metabolizuje neradioaktivní a radioaktivní formy draslíku a dalších prvků stejným způsobem.
Malý zlomek radiace na pozadí pochází z lidských činností. Stopové množství radioaktivních prvků bylo rozptýleno do životního prostředí v důsledku testování jaderných zbraní a nehod, jako je ta, ke které došlo v jaderné elektrárně v Černobylu na Ukrajině. Jaderné reaktory uvolňují malé množství radioaktivních prvků. Radioaktivní materiály používané v průmyslu a dokonce i v některých spotřebních výrobcích také emitují malé množství radiace na pozadí.
Všichni jsme každý den vystaveni záření z přírodních zdrojů, jako jsou nerosty v zemi, a umělých zdrojů, jako je lékařské rentgenové záření. Podle Národní rady pro radiační ochranu a měření (NCRP) je průměrné roční vystavení člověka radiaci ve Spojených státech 620 miliremů (6,2 milisievertů).
V přírodě
Radioaktivní látky se často vyskytují v přírodě. Některé z nich se nacházejí v půdě, horninách, vodě, vzduchu a vegetaci, odkud jsou vdechovány a přijímány. Kromě této vnitřní expozice jsou lidé vystaveni také vnější expozici z radioaktivních materiálů, které zůstávají mimo tělo, a z kosmického záření z vesmíru. Průměrná denní přirozená dávka pro člověka je asi 2,4 mSv (240 mrem) za rok.
To je čtyřnásobekcelosvětová průměrná expozice umělému záření ve světě, která v roce 2008 činila asi 0,6 mrem (60 Rem) za rok. V některých bohatých zemích, jako jsou USA a Japonsko, umělá expozice v průměru převyšuje přirozenou expozici kvůli lepšímu přístupu ke specifickým lékařským přístrojům. V Evropě se průměrná expozice přirozeného pozadí napříč zeměmi pohybuje od 2 mSv (200 mrem) za rok ve Spojeném království po více než 7 mSv (700 mrem) pro některé skupiny lidí ve Finsku.
Denní expozice
Expozice z přírodních zdrojů je nedílnou součástí každodenního života v práci i na veřejných místech. Takové expozice ve většině případů vyvolávají malý nebo žádný veřejný zájem, ale v určitých situacích je třeba vzít v úvahu opatření na ochranu zdraví, například při práci s uranovými a thoriovými rudami a jinými přirozeně se vyskytujícími radioaktivními materiály (NORM). Tyto situace se v posledních letech staly středem pozornosti agentury. A to, aniž bychom zmínili příklady havárií s únikem radioaktivních látek, jako byla katastrofa v jaderné elektrárně v Černobylu a ve Fukušimě, která donutila vědce a politiky z celého světa přehodnotit svůj postoj k „mírovému atomu“.
Zemské záření
Zemské záření zahrnuje pouze zdroje, které zůstávají mimo tělo. Ale zároveň jsou i nadále nebezpečnými radioaktivními zdroji záření. Hlavními radionuklidy jsou draslík, uran a thorium, produkty jejich rozpadu. Aněkteré, jako je radium a radon, jsou vysoce radioaktivní, ale vyskytují se v nízkých koncentracích. Počet těchto objektů se od vzniku Země neúprosně snížil. Současná radiační aktivita spojená s přítomností uranu-238 je poloviční než na počátku existence naší planety. To je způsobeno jeho poločasem rozpadu 4,5 miliardy let a pro draslík-40 (poločas rozpadu 1,25 miliardy let) je pouze asi 8 % původního. Ale během existence lidstva se množství radiace velmi mírně snížilo.
Mnoho izotopů s kratším poločasem rozpadu (a tedy vysokou radioaktivitou) se nerozpadlo kvůli jejich neustálé přirozené produkci. Příklady tohoto jsou radium-226 (produkt rozpadu thoria-230 v řetězci rozpadu uranu-238) a radon-222 (produkt rozpadu radia-226 v tomto řetězci).
Thorium a uran
Radioaktivní chemické prvky thorium a uran většinou podléhají alfa a beta rozpadu a není snadné je detekovat. To je činí velmi nebezpečnými. Totéž však lze říci o protonovém záření. Mnohé z jejich vedlejších derivátů těchto prvků jsou však také silnými gama zářiči. Thorium-232 je detekováno s vrcholem 239 keV z olova-212, 511, 583 a 2614 keV z thalia-208 a 911 a 969 keV z aktinia-228. Radioaktivní chemický prvek Uran-238 se jeví jako vrcholy bismutu-214 při 609, 1120 a 1764 keV (viz stejný vrchol pro atmosférický radon). Draslík-40 je detekován přímo přes 1461 gama píkkeV.
Hladina nad mořem a dalšími velkými vodními plochami má tendenci tvořit asi desetinu zemského pozadí. Naopak pobřežní oblasti (a oblasti poblíž sladké vody) mohou mít další příspěvek z rozptýleného sedimentu.
Radon
Největším zdrojem radioaktivního záření v přírodě je vzdušný radon, radioaktivní plyn uvolňovaný ze Země. Radon a jeho izotopy, mateřské radionuklidy a produkty rozpadu přispívají k průměrné vdechovatelné dávce 1,26 mSv/rok (milisievert za rok). Radon je nerovnoměrně distribuován a mění se v závislosti na počasí, takže v mnoha částech světa, kde představuje významné zdravotní riziko, se používají mnohem vyšší dávky. Koncentrace 500krát vyšší, než je světový průměr, byly zjištěny uvnitř budov ve Skandinávii, Spojených státech, Íránu a České republice. Radon je produktem rozpadu uranu, který je poměrně běžný v zemské kůře, ale více se koncentruje v horninách obsahujících rudy roztroušených po celém světě. Radon z těchto rud uniká do atmosféry nebo podzemních vod a také prosakuje do budov. Může být vdechnut do plic spolu s produkty rozpadu, kde zůstanou po určitou dobu po expozici. Z tohoto důvodu je radon klasifikován jako přirozený zdroj záření.
Vystavení radonu
Ačkoli se radon vyskytuje přirozeně, jeho účinky lze zvýšit nebo snížit lidskou činností, jako je například stavba domu. Špatně utěsněný sklepDobře izolovaný dům může vést k hromadění radonu v domě, což ohrožuje jeho obyvatele. Rozsáhlá výstavba dobře izolovaných a utěsněných domů v průmyslových zemích na severu vedla k tomu, že se radon stal hlavním zdrojem radiace na pozadí v některých komunitách v severní Severní Americe a Evropě. Některé stavební materiály, jako je lehký beton s kamencem z břidlice, fosfosádrovec a italský tuf, mohou uvolňovat radon, pokud obsahují radium a jsou porézní pro plyn.
Ozáření z radonu je nepřímé. Radon má krátký poločas rozpadu (4 dny) a rozpadá se na jiné pevné částice radioaktivních nuklidů radiové řady. Tyto radioaktivní prvky jsou vdechovány a zůstávají v plicích, což způsobuje prodlouženou expozici. Radon je tedy po kouření považován za druhou hlavní příčinu rakoviny plic a je zodpovědný za 15 000 až 22 000 úmrtí na rakovinu ročně jen v USA. Nicméně diskuse o opačných experimentálních výsledcích stále probíhá.
Většina atmosférického pozadí je způsobena radonem a jeho produkty rozkladu. Spektrum gama ukazuje znatelné vrcholy při 609, 1120 a 1764 keV, které patří bismutu-214, produktu rozpadu radonu. Atmosférické pozadí silně závisí na směru větru a meteorologických podmínkách. Radon se také může uvolnit ze země v dávkách a poté vytvořit „radonová mračna“, která mohou cestovat desítky kilometrů.
Pozadí prostoru
Země a všechno živé na ní je neustálebombardován radiací z vesmíru. Toto záření se skládá hlavně z kladně nabitých iontů, od protonů po železo, a větších jader produkovaných mimo naši sluneční soustavu. Toto záření interaguje s atomy v atmosféře a vytváří sekundární proudění vzduchu, včetně rentgenového záření, mionů, protonů, částic alfa, pionů, elektronů a neutronů.
Přímá dávka kosmického záření pochází hlavně z mionů, neutronů a elektronů a v různých částech světa se liší v závislosti na geomagnetickém poli a nadmořské výšce. Například město Denver ve Spojených státech (v nadmořské výšce 1 650 metrů) přijímá asi dvojnásobnou dávku kosmického záření než v místě na hladině moře.
Toto záření je mnohem silnější v horní troposféře ve vzdálenosti asi 10 km, a proto je zvláště důležité pro členy posádky a pravidelné cestující, kteří v tomto prostředí tráví mnoho hodin ročně. Během letů dostávají posádky leteckých společností podle různých studií obvykle další pracovní dávku v rozmezí od 2,2 mSv (220 mrem) za rok do 2,19 mSv/rok.
Záření na oběžné dráze
Podobně způsobuje kosmické záření vyšší expozici pozadí u astronautů než u lidí na zemském povrchu. Astronauti pracující na nízkých drahách, jako jsou zaměstnanci mezinárodních vesmírných stanic nebo raketoplánů, jsou částečně chráněni magnetickým polem Země, ale také trpí takzvaným Van Allenovým pásem, který je výsledkem zemského magnetického pole. Mimo nízkou oběžnou dráhu Země, jakoToto záření, které zažili astronauti Apolla cestující na Měsíc, je mnohem intenzivnější a představuje významnou překážku potenciálnímu budoucímu dlouhodobému lidskému průzkumu Měsíce nebo Marsu.
Kosmické vlivy také způsobují elementární transmutaci v atmosféře, při které se jimi generované sekundární záření spojuje s atomovými jádry v atmosféře a tvoří různé nuklidy. Lze vyrobit mnoho takzvaných kosmogenních nuklidů, ale pravděpodobně nejpozoruhodnější je uhlík-14, který vzniká interakcí s atomy dusíku. Tyto kosmogenní nuklidy se nakonec dostanou na povrch Země a mohou být začleněny do živých organismů. Produkce těchto nuklidů se během krátkodobých metamorfóz slunečního toku mírně liší, ale je považována za prakticky konstantní ve velkém měřítku - od tisíců do milionů let. Neustálá produkce, začleňování a relativně krátký poločas rozpadu uhlíku-14 jsou principy používané při radiokarbonovém datování starověkých biologických materiálů, jako jsou dřevěné artefakty nebo lidské pozůstatky.
Gamma paprsky
Kosmické záření na hladině moře se typicky jeví jako 511 keV gama záření z pozitronové anihilace vytvořené jadernými reakcemi vysokoenergetických částic a gama záření. Ve vysokých nadmořských výškách je příspěvkem i spojité spektrum brzdného záření. Proto je mezi vědci otázka slunečního záření a radiační bilance považována za velmi důležitou.
Záření uvnitř těla
Dva nejdůležitější prvky, které tvoří lidské tělo, jmenovitě draslík a uhlík, obsahují izotopy, které výrazně zvyšují naši dávku radiace na pozadí. To znamená, že mohou být také zdroji radioaktivního záření.
Nebezpečné chemické prvky a sloučeniny mají tendenci se hromadit. Průměrné lidské tělo obsahuje asi 17 miligramů draslíku-40 (40K) a asi 24 nanogramů (10-8 g) uhlíku-14 (14C) (poločas rozpadu - 5 730 let). S vyloučením vnitřní kontaminace vnějšími radioaktivními materiály jsou tyto dva prvky největší složkou vnitřní expozice biologicky funkčním složkám lidského těla. Přibližně 4 000 jader se rozpadá rychlostí 40 K za sekundu a stejný počet při 14 °C. Energie beta částic vytvořených při 40K je přibližně 10krát větší než energie beta částic vytvořených při 14C.
14C je přítomen v lidském těle v množství přibližně 3 700 Bq (0,1 µCi) s biologickým poločasem 40 dnů. To znamená, že rozpad 14C produkuje asi 3700 beta částic za sekundu. Přibližně polovina lidských buněk obsahuje atom 14C.
Celosvětová průměrná vnitřní dávka jiných radionuklidů než radonu a produktů jeho rozpadu je 0,29 mSv/rok, z toho 0,17 mSv/rok je při 40K, 0,12 mSv/rok pochází z uranové řady a thoria a /12 μSv rok - od 14C. Za zmínku také stojí, že lékařské rentgenové přístroje jsou také častoradioaktivní, ale jejich záření není pro člověka nebezpečné.
