Zdroje rentgenového záření. Je rentgenka zdrojem ionizujícího záření?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 17:43

Během historie života na Zemi byly organismy neustále vystavovány kosmickému záření a jimi vytvořeným radionuklidům v atmosféře a také záření látek všudypřítomných v přírodě. Moderní život se přizpůsobil všem rysům a omezením prostředí, včetně přírodních zdrojů rentgenového záření.

Přestože vysoké úrovně radiace jsou pro organismy jistě škodlivé, určité typy záření jsou pro život nezbytné. Například radiační pozadí přispělo k základním procesům chemické a biologické evoluce. Zřejmý je také fakt, že teplo zemského jádra je poskytováno a udržováno rozpadovým teplem primárních, přírodních radionuklidů.

Kosmické záření

Nazývá se radiace mimozemského původu, která nepřetržitě bombarduje Zemiprostor.

Skutečnost, že toto pronikavé záření dopadá na naši planetu z vesmíru, a nikoli ze Země, byla objevena při experimentech měření ionizace v různých nadmořských výškách, od hladiny moře až po 9000 m. Bylo zjištěno, že intenzita ionizujícího záření klesal až do výšky 700 m a pak se stoupáním rychle rostl. Počáteční pokles lze vysvětlit snížením intenzity zemského záření gama a zvýšením působením kosmického záření.

Rentgenové zdroje ve vesmíru jsou následující:

• skupiny galaxií;
• Seyfertovy galaxie;
• Ne;
• stars;
• kvasary;
• černé díry;
• zbytky supernovy;
• bílí trpaslíci;
• tmavé hvězdy atd.

Důkazem takového záření je například zvýšení intenzity kosmického záření pozorovaného na Zemi po slunečních erupcích. Ale naše hvězda nemá hlavní příspěvek k celkovému toku, protože její denní odchylky jsou velmi malé.

Dva typy paprsků

Kosmické záření se dělí na primární a sekundární. Záření, které neinteraguje s hmotou v atmosféře, litosféře nebo hydrosféře Země, se nazývá primární. Skládá se z protonů (≈ 85 %) a částic alfa (≈ 14 %), s mnohem menšími toky (< 1 %) těžších jader. Sekundární kosmické rentgenové záření, jehož zdroji záření je primární záření a atmosféra, se skládá ze subatomárních částic, jako jsou piony, miony a další.elektrony. Na hladině moře se téměř veškeré pozorované záření skládá ze sekundárních kosmických paprsků, z nichž 68 % jsou miony a 30 % elektrony. Méně než 1 % toku na hladině moře je tvořeno protony.

Primární kosmické záření má zpravidla obrovskou kinetickou energii. Jsou kladně nabité a energii získávají urychlováním v magnetických polích. Ve vakuu 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=10⁹ eV). Jednotlivé částice mají energie až 10^{10 GeV.}

Vysoká energie primárního kosmického záření jim umožňuje doslova rozštěpit atomy v zemské atmosféře, když se srazí. Spolu s neutrony, protony a subatomárními částicemi mohou vznikat lehké prvky jako vodík, helium a berylium. Miony jsou vždy nabité a také se rychle rozpadají na elektrony nebo pozitrony.

Magnetický štít

Intenzita kosmického záření se stoupáním prudce roste, až dosáhne maxima ve výšce asi 20 km. Od 20 km k hranici atmosféry (do 50 km) intenzita klesá.

Tento vzorec se vysvětluje zvýšením produkce sekundárního záření v důsledku zvýšení hustoty vzduchu. Ve výšce 20 km již většina primárního záření vstoupila do interakce a pokles intenzity z 20 km na hladinu moře odráží absorpci sekundárních paprsků.atmosféry, což odpovídá asi 10 metrům vody.

Intenzita záření také souvisí se zeměpisnou šířkou. Ve stejné výšce se kosmické proudění zvyšuje od rovníku k zeměpisné šířce 50–60° a zůstává konstantní až k pólům. To se vysvětluje tvarem magnetického pole Země a rozložením energie primárního záření. Magnetické siločáry, které přesahují atmosféru, jsou obvykle rovnoběžné se zemským povrchem na rovníku a kolmé na pólech. Nabité částice se snadno pohybují po čarách magnetického pole, ale v příčném směru ho jen stěží překonávají. Od pólů po 60° prakticky veškeré primární záření dosáhne zemské atmosféry a na rovníku mohou magnetickým štítem proniknout pouze částice s energií přesahující 15 GeV.

Sekundární zdroje rentgenového záření

V důsledku interakce kosmického záření s hmotou se nepřetržitě produkuje značné množství radionuklidů. Většina z nich jsou fragmenty, ale některé z nich vznikají aktivací stabilních atomů neutrony nebo miony. Přirozená produkce radionuklidů v atmosféře odpovídá intenzitě kosmického záření ve výšce a zeměpisné šířce. Asi 70 % z nich pochází ze stratosféry a 30 % z troposféry.

S výjimkou H-3 a C-14 se radionuklidy obvykle nacházejí ve velmi nízkých koncentracích. Tritium se zředí a smíchá s vodou a H-2 a C-14 se spojí s kyslíkem za vzniku CO_{2, který se mísí s atmosférickým oxidem uhličitým. Uhlík-14 vstupuje do rostlin fotosyntézou.}

Záření Země

Z mnoha radionuklidů, které se vytvořily se Zemí, jen několik má poločas rozpadu dostatečně dlouhý, aby vysvětlil svou současnou existenci. Pokud by naše planeta vznikla asi před 6 miliardami let, potřebovala by poločas rozpadu alespoň 100 milionů let, aby zůstala v měřitelných množstvích. Z dosud objevených primárních radionuklidů mají největší význam tři. Zdrojem rentgenového záření je K-40, U-238 a Th-232. Uran a thorium tvoří každý řetězec produktů rozpadu, které jsou téměř vždy v přítomnosti původního izotopu. Ačkoli mnoho dceřiných radionuklidů má krátkou životnost, jsou v životním prostředí běžné, protože se neustále tvoří z mateřských materiálů s dlouhou životností.

Jiné primordiální zdroje rentgenového záření s dlouhou životností jsou zkrátka ve velmi nízkých koncentracích. Jedná se o Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 atd. Přirozeně se vyskytující neutrony tvoří mnoho dalších radionuklidů, ale jejich koncentrace je obvykle velmi nízká. Lom Oklo v africkém Gabonu obsahuje důkazy o „přírodním reaktoru“, ve kterém probíhaly jaderné reakce. Vyčerpání U-235 a přítomnost štěpných produktů v bohatém ložisku uranu naznačují, že spontánně vyvolaná řetězová reakce zde proběhla asi před 2 miliardami let.

I když jsou prvotní radionuklidy všudypřítomné, jejich koncentrace se liší podle místa. HlavníRezervoárem přirozené radioaktivity je litosféra. Navíc se výrazně mění v rámci litosféry. Někdy je spojena s určitými typy sloučenin a minerálů, někdy je čistě regionální, s malou korelací s typy hornin a minerálů.

Rozmístění primárních radionuklidů a produktů rozpadu jejich potomstva v přírodních ekosystémech závisí na mnoha faktorech, včetně chemických vlastností nuklidů, fyzikálních faktorů ekosystému a fyziologických a ekologických atributů flóry a fauny. Zvětrávání hornin, jejich hlavního rezervoáru, dodává do půdy U, Th a K. Na tomto přenosu se podílejí i produkty rozpadu Th a U. Z půdy je rostlinami absorbován K, Ra, trochu U a velmi málo Th. Používají draslík-40 stejným způsobem jako stabilní K. Radium, produkt rozpadu U-238, rostlina používá ne proto, že je to izotop, ale protože je chemicky blízko vápníku. Příjem uranu a thoria rostlinami je obecně zanedbatelný, protože tyto radionuklidy jsou obvykle nerozpustné.

Radon

Nejdůležitějším ze všech zdrojů přirozeného záření je prvek bez chuti a zápachu, neviditelný plyn, který je 8krát těžší než vzduch, radon. Skládá se ze dvou hlavních izotopů - radonu-222, jednoho z produktů rozpadu U-238, a radonu-220, vzniklého během rozpadu Th-232.

Kameny, půda, rostliny, zvířata vypouštějí do atmosféry radon. Plyn je produktem rozpadu radia a vzniká v jakémkoli materiálukterá to obsahuje. Protože je radon inertní plyn, může se uvolňovat z povrchů, které přicházejí do styku s atmosférou. Množství radonu, které vychází z dané masy horniny, závisí na množství radia a ploše povrchu. Čím menší je hornina, tím více radonu dokáže uvolnit. Koncentrace Rn ve vzduchu vedle materiálů obsahujících radium také závisí na rychlosti vzduchu. Ve sklepích, jeskyních a dolech, které mají špatnou cirkulaci vzduchu, mohou koncentrace radonu dosáhnout značných úrovní.

Rn se poměrně rychle rozkládá a tvoří řadu dceřiných radionuklidů. Jakmile se produkty rozpadu radonu vytvoří v atmosféře, spojí se s jemnými prachovými částicemi, které se usazují na půdě a rostlinách a jsou také vdechovány zvířaty. Dešťové srážky jsou zvláště účinné při odstraňování radioaktivních prvků ze vzduchu, ale dopad a usazování aerosolových částic také přispívá k jejich usazování.

V mírném klimatu jsou vnitřní koncentrace radonu v průměru asi 5 až 10krát vyšší než venku.

Během několika posledních desetiletí člověk „uměle“vyprodukoval několik stovek radionuklidů, souvisejících rentgenových paprsků, zdrojů, vlastností, které mají využití v lékařství, vojenství, výrobě energie, přístrojovém vybavení a průzkumu nerostů.

Jednotlivé účinky umělých zdrojů záření se velmi liší. Většina lidí dostává relativně malou dávku umělého záření, ale někteří dostávají mnohotisícnásobek záření z přírodních zdrojů. Umělé zdroje jsou lepšíkontrolované než přirozené.

zdroje rentgenového záření v medicíně

V průmyslu a lékařství se zpravidla používají pouze čisté radionuklidy, což zjednodušuje identifikaci únikových cest z úložišť a proces likvidace.

Využití záření v lékařství je velmi rozšířené a má potenciál mít významný dopad. Zahrnuje zdroje rentgenového záření používané v lékařství pro:

• diagnostika;
• terapie;
• analytické postupy;
• pacing.

Pro diagnostiku se používají jak uzavřené zdroje, tak široká škála radioaktivních indikátorů. Lékařská zařízení obecně rozlišují mezi těmito aplikacemi jako radiologii a nukleární medicínu.

Je rentgenka zdrojem ionizujícího záření? Počítačová tomografie a fluorografie jsou známé diagnostické postupy, které se s její pomocí provádějí. Kromě toho existuje mnoho aplikací izotopových zdrojů v lékařské radiografii, včetně zdrojů gama a beta, a experimentálních neutronových zdrojů pro případy, kdy jsou rentgenové přístroje nepohodlné, nevhodné nebo mohou být nebezpečné. Z hlediska životního prostředí nepředstavuje radiografické záření riziko, pokud jsou jeho zdroje zodpovědné a řádně zlikvidovány. V tomto ohledu není historie radiových prvků, radonových jehel a luminiscenčních sloučenin obsahujících radium povzbudivá.

Běžně používané rentgenové zdroje založené na ⁹⁰Srnebo ¹⁴⁷ Pm. Nástup ^{252Cf jako přenosný neutronový generátor učinil neutronovou radiografii široce dostupnou, ačkoli obecně je tato technika stále velmi závislá na dostupnosti jaderných reaktorů.}

Nukleární medicína

Hlavním rizikem pro životní prostředí jsou radioizotopové štítky v nukleární medicíně a zdroje rentgenového záření. Příklady nežádoucích vlivů jsou následující:

• ozařování pacienta;
• ozařování nemocničního personálu;
• expozice během přepravy radioaktivních léčiv;
• dopad během výroby;
• vystavení radioaktivnímu odpadu.

V posledních letech existuje trend směřující ke snižování expozice pacientů zaváděním izotopů s kratší životností s užším účinkem a používáním více lokalizovaných léků.

Kratší poločas snižuje dopad radioaktivního odpadu, protože většina prvků s dlouhou životností je vylučována ledvinami.

Vliv kanalizace na životní prostředí zřejmě nezávisí na tom, zda je pacient hospitalizován nebo ambulantně. Zatímco většina uvolněných radioaktivních prvků bude mít pravděpodobně krátkou životnost, kumulativní účinek daleko převyšuje úrovně znečištění všech jaderných elektráren dohromady.

Nejběžněji používanými radionuklidy v lékařství jsou zdroje rentgenového záření:

• 99mTc – sken lebky a mozku, sken mozkové krve, srdce, játra, plíce, sken štítné žlázy, lokalizace placenty;
• 131I – krev, sken jater, lokalizace placenty, skenování štítné žlázy a léčba;
• 51Cr - stanovení doby trvání existence červených krvinek nebo sekvestrace, objem krve;
• 57Co – Schillingův test;
• 32P – kostní metastázy.

Rozšířené používání postupů radioimunoanalýzy, analýzy moči a dalších výzkumných metod využívajících značené organické sloučeniny výrazně zvýšilo používání kapalných scintilačních přípravků. Organické roztoky fosforu, obvykle na bázi toluenu nebo xylenu, tvoří poměrně velký objem kapalného organického odpadu, který se musí likvidovat. Zpracování v kapalné formě je potenciálně nebezpečné a z hlediska životního prostředí nepřijatelné. Z tohoto důvodu je preferováno spalování odpadu.

Protože se dlouhověké ³H nebo ^{14C snadno rozpouštějí v prostředí, jejich expozice je v normálním rozmezí. Ale kumulativní účinek může být významný.}

Dalším lékařským využitím radionuklidů je použití plutoniových baterií k napájení kardiostimulátorů. Tisíce lidí dnes žijí, protože tato zařízení pomáhají fungovat jejich srdci. Uzavřené zdroje 238Pu (150 GBq) jsou pacientům chirurgicky implantovány.

Průmyslové rentgenové záření: zdroje, vlastnosti, aplikace

Medicína není jedinou oblastí, ve které tato část elektromagnetického spektra našla uplatnění. Radioizotopy a zdroje rentgenového záření používané v průmyslu jsou významnou součástí technogenní radiační situace. Příklady aplikací:

• průmyslová radiografie;
• měření záření;
• detektory kouře;
• samosvítící materiály;
• Rentgenová krystalografie;
• skenery pro kontrolu zavazadel a příručních zavazadel;
• rentgenové lasery;
• synchrotrons;
• cyklotrony.

Vzhledem k tomu, že většina těchto aplikací zahrnuje použití zapouzdřených izotopů, dochází k radiaci během přepravy, přepravy, údržby a likvidace.

Je rentgenka zdrojem ionizujícího záření v průmyslu? Ano, používá se v letištních nedestruktivních testovacích systémech, při studiu krystalů, materiálů a struktur a v průmyslové kontrole. V posledních desetiletích dosáhly dávky radiační zátěže ve vědě a průmyslu poloviny hodnoty tohoto ukazatele v medicíně; proto je příspěvek významný.

Zapouzdřené rentgenové zdroje samy o sobě mají malý účinek. Ale jejich přeprava a likvidace jsou znepokojivé, když se ztratí nebo omylem vyhodí na skládku. Takové zdrojeRentgeny jsou obvykle dodávány a instalovány jako dvojitě utěsněné disky nebo válce. Kapsle jsou vyrobeny z nerezové oceli a vyžadují pravidelnou kontrolu těsnosti. Problémem může být jejich likvidace. Krátkodobé zdroje mohou být skladovány a znehodnoceny, ale i tak je třeba s nimi řádně počítat a zbytkový aktivní materiál zlikvidovat v licencovaném zařízení. V opačném případě by měly být kapsle zaslány specializovaným institucím. Jejich síla určuje materiál a velikost aktivní části zdroje rentgenového záření.

Umístění zdrojů rentgenového záření

Rostoucím problémem je bezpečné vyřazení z provozu a dekontaminace průmyslových areálů, kde byly v minulosti skladovány radioaktivní materiály. Většinou se jedná o starší zařízení na přepracování jaderných zařízení, ale je třeba zapojit další průmyslová odvětví, jako jsou závody na výrobu samosvítících tritiových nápisů.

Zvláštní problém představují dlouhotrvající nízkoúrovňové zdroje, které jsou rozšířené. Například 241Am se používá v detektorech kouře. Vedle radonu jsou to hlavní zdroje rentgenového záření v každodenním životě. Samostatně nepředstavují žádné nebezpečí, ale značný počet z nich může v budoucnu představovat problém.

Jaderné výbuchy

Během posledních 50 let byl každý vystaven radiaci ze spadu způsobeného testováním jaderných zbraní. Jejich vrchol byl na1954-1958 a 1961-1962.

V roce 1963 podepsaly tři země (SSSR, USA a Velká Británie) dohodu o částečném zákazu jaderných zkoušek v atmosféře, oceánu a vesmíru. Během následujících dvou desetiletí provedly Francie a Čína sérii mnohem menších testů, které skončily v roce 1980. Podzemní testy stále probíhají, ale obecně neprodukují srážky.

Radioaktivní kontaminace z atmosférických testů dopadá poblíž místa výbuchu. Některé z nich zůstávají v troposféře a jsou unášeny větrem po celém světě ve stejné zeměpisné šířce. Při pohybu padají na zem a ve vzduchu zůstávají asi měsíc. Ale většina je vytlačena do stratosféry, kde znečištění zůstává po mnoho měsíců a pomalu klesá po celé planetě.

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

Zr-95 má poločas rozpadu 64 dní, zatímco Cs-137 a Sr-90 mají asi 30 let. Pouze uhlík-14 s poločasem rozpadu 5730 zůstane aktivní daleko do budoucna.

Jaderná energie

Jaderná energie je nejkontroverznější ze všech antropogenních zdrojů záření, ale jen velmi málo přispívá k dopadům na lidské zdraví. Při běžném provozu uvolňují jaderná zařízení do životního prostředí zanedbatelné množství radiace. února 2016Ve 31 zemích bylo civilně provozováno 442 jaderných reaktorů a 66 dalších bylo ve výstavbě. Toto je pouze část cyklu výroby jaderného paliva. Začíná těžbou a mletím uranové rudy a pokračuje výrobou jaderného paliva. Po použití v elektrárnách jsou palivové články někdy přepracovány, aby se znovu získal uran a plutonium. Cyklus nakonec končí likvidací jaderného odpadu. V každé fázi tohoto cyklu se mohou uvolnit radioaktivní materiály.

Zhruba polovina světové produkce uranové rudy pochází z povrchových dolů, druhá polovina z dolů. Poté se drtí na nedalekých drtičích, které produkují velké množství odpadu – stovky milionů tun. Tento odpad zůstává radioaktivní po miliony let poté, co elektrárna zastaví provoz, ačkoli radiace je velmi malým zlomkem přirozeného pozadí.

Poté je uran přeměněn na palivo dalším zpracováním a čištěním v obohacovacích závodech. Tyto procesy vedou ke znečištění vzduchu a vody, ale jsou mnohem menší než v jiných fázích palivového cyklu.