Рентгенови източници. Рентгеновата тръба е източникът на йонизиращо лъчение?

През цялата история на живота на Земята организмите са постоянно изложени на космически лъчи и на образуваните от тях радионуклиди в атмосферата, както и на излъчването на естествено срещащи се вещества. Съвременният живот се адаптира към всички характеристики и ограничения на околната среда, включително естествените източници на рентгеново лъчение.

Въпреки факта, че високото ниво на радиация със сигурност е вредно за организмите, някои видове радиоактивно излъчване са важни за живота. Например радиационният фон допринася за фундаменталните процеси на химическа и биологична еволюция. Очевидно е и фактът, че топлината на сърцевината на Земята се осигурява и поддържа благодарение на топлинното разсейване на първичните естествени радионуклиди.

Космически лъчи

Излъчването на извънземен произход, което непрекъснато бомбардира Земята, се нарича космическо.

Фактът, че проникваща радиация попада на нашата планета от космоса, но не и от земен произход, е бил намерен в експерименти за измерване на йонизацията на различни височини, от морското равнище до 9000 м. Установено е, че интензивността на йонизиращите лъчения е намален до височина 700 m, и след това се увеличи бързо с набор от височини. Първоначалното намаление може да се обясни с намаляването на интензивността на земните гама лъчи и увеличаването с действието на космическите лъчи.

• групи галактики;
• Гайкси от сейферт;
• Слънцето;
• звезди;
• квазари;
• черни дупки;
• остатъци от свръхнова;
• бели джуджета;
• тъмни звезди и т.н.

Доказателство за подобна радиация например е увеличаването на интензивността на космическите лъчи, наблюдавани на Земята след ракети по Слънцето. Но нашето осветително тяло не допринася главно за цялостния поток, тъй като неговите дневни вариации са много малки.

Два вида лъчи

Космическите лъчи са разделени на първични и вторични. Радиацията, която не взаимодейства с материята в атмосферата, литосферата или хидросферата на Земята, се нарича първична. Състои се от протони (asymp- 85%) и алфа частици (asymp- 14%), с много по-малки потоци (< 1%) от по-тежки ядра. Вторичните космически рентгенови лъчи, чиито източници на радиация са първична радиация и атмосфера, се състоят от субатомни частици като пиони, муони и електрони. На морското равнище почти цялата наблюдавана радиация се състои от вторични космически лъчи, 68% от които са муони и 30% от електроните. По-малко от 1% от потока на морското равнище се състои от протони.

Основните космически лъчи като правило имат голяма кинетична енергия. Те са положително заредени и получават енергия поради ускоряване на магнитните полета. Във вакуум на външното пространство заредените частици могат да съществуват за дълго време и да пътуват милиони светлинни години. По време на този полет те придобиват висока кинетична енергия от порядъка на 2-30 GeV (1 GeV = 10⁹ ЕГ). Индивидуалните частици имат енергия до 10¹⁰ GeV.

Високите енергии на първичните космически лъчи им позволяват буквално да разделят атомите в земна атмосфера по време на сблъсък. Заедно с неутроните, протоните и субатомните частици могат да се образуват леки елементи като водород, хелий и берилий. Мионът винаги се зарежда и бързо се разлага в електрони или позитрони.

Магнитен щит

Интензивността на космическите лъчи с увеличение рязко се увеличава до максимум на надморска височина от около 20 км. От 20 km до границата на атмосферата (до 50 km), интензивността намалява.

Тази закономерност се обяснява с увеличаването на производството на вторична радиация в резултат на увеличаването на плътността на въздуха. На височина от 20 км голяма част от първичната радиация е влязъл в взаимодействие, и намаляване интензитет от 20 км морското равнище отразява поемането на вторичен греди атмосфера, еквивалентни на водния слой около 10 метра.

Интензивността на радиацията също е свързана с географската ширина. На една височина космическият поток се увеличава от екватора до ширина 50-60 ° и остава постоянен към полюсите. Това се обяснява с формата на магнитното поле на Земята и разпределението на енергията на първичното излъчване. Магнитните линии на сила, които се простират извън атмосферата, по правило са успоредни на земната повърхност в екватора и перпендикулярни на полюсите. Заредените частици се движат лесно по линиите на магнитното поле, но трудно се преодоляват в напречната посока. От полюсите до 60 °, почти цялата първична радиация достига земната атмосфера, а при екватора само частици с енергия над 15 GeV могат да проникнат през магнитния щит.

Вторични рентгенови източници

В резултат на взаимодействието на космическите лъчи с материята, непрекъснато се произвежда значително количество радионуклиди. Повечето от тях са фрагменти, но някои от тях се формират от активирането на стабилни атоми чрез неутрони или муони. Естественото производство на радионуклиди в атмосферата съответства на интензивността на космическото излъчване по височина и ширина. Около 70% от тях се срещат в стратосферата и 30% в тропосферата.

С изключение на Н-3 и С-14, радионуклидите обикновено са в много ниски концентрации. Тритият се разрежда и се смесва с вода и Н-2, а С-14 се комбинира с кислород, за да образува СО₂, който се смесва с въглеродния диоксид в атмосферата. Въглерод-14 прониква в растенията в процеса на фотосинтеза.

Радиацията на Земята

От многото радионуклиди, образуващи се със Земята, само няколко от тях имат полуживот, достатъчно дълъг, за да обяснят сегашното си съществуване. Ако нашата планета се е формирала преди около 6 милиарда години, тогава, за да остане в измерими количества, щеше да има период на полуразпад от поне 100 милиона години. От първите радионуклиди, които все още се намират, три са от най-голямо значение. Източникът на рентгеново лъчение е K-40, U-238 и Th-232. Уран и торий представляват верига от продукти на разпадане, които почти винаги се намират в присъствието на първоначалния изотоп. Въпреки че много от дъщерните радионуклиди са краткотрайни, те са често срещани в околната среда, тъй като те постоянно се образуват от дълготрайни прекурсори.

Други източници на дълготрайни източници на рентгенови лъчи, накратко, са в много ниски концентрации. Това са Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 и т.н. Неутроните, срещани в природата, образуват много други радионуклиди, но тяхната концентрация обикновено е много ниска. В кариерата на Оуло в Габон, Африка, съществуват доказателства за съществуването на "естествен реактор", в който се извършват ядрени реакции. Изчерпването на U-235 и наличието на продукти на делене в богатия уран натрупване показват, че преди около 2 милиарда години се появи спонтанно възбудена верижна реакция.

Въпреки факта, че оригиналните радионуклиди са повсеместни, концентрацията им зависи от местоположението. Основният резервоар естествена радиоактивност е литосферата. В допълнение, тя варира значително в рамките на литосферата. Понякога това се дължи на някои видове съединения и минерали, понякога - чисто регионално, с малка корелация с видовете скали и минерали.

Разпределение на първичните радионуклиди и техните дъщерни продукти в природните екосистеми зависи от много фактори, включително и химичните свойства на нуклиди, физически фактори на екосистемата, както и физиологични и екологични качества на флора и фауна. Стареене на скали, техният основен резервоар доставя почвата U, Th и К. Th и U продуктите от разпада също участват в тази програма. От почвата K, Ra, малко U и много малко Th се абсорбират от растенията. Те се използват калиев-40, както и стабилна и К. радий, U-238 гниене продукт, използван от растението, не защото е изотоп, и тъй като тя е химически подобен на калций. Поглъщането на уран и торий от растенията обикновено е незначително, тъй като тези радионуклиди обикновено са неразтворими.

радон

Най-важният от всички източници на естествена радиация е елемент без вкус и мирис, невидим газ, който е 8 пъти по-тежък от въздуха, радон. Състои се от два основни изотопа - радон-222, един от продуктите на разпад на U-238 и радон-220, образувани по време на разпадането на Th-232.

Скалите, почвата, растенията и животните излъчват радон в атмосферата. Газът е продукт на разпадането на радиума и се произвежда от всеки материал, който го съдържа. Тъй като радонът е инертен газ, той може да бъде излъчван от повърхности, които влизат в контакт с атмосферата. Количеството радон, което се отделя от дадена скална маса, зависи от количеството радий и повърхността. Колкото по-малка е породата, толкова повече радон може да се освободи. Концентрацията на Rn във въздуха до радий-съдържащите материали също зависи от скоростта на движение на въздуха. В мазета, пещери и мини, които имат слаба циркулация на въздуха, концентрациите на радон могат да достигнат значителни нива.

Rn се разлага достатъчно бързо и образува поредица от дъщерни радионуклиди. След образуването им в атмосферата, продуктите на разпадането на радон се комбинират с фини прахови частици, които се утаяват на почвата и растенията и също се вдишват от животните. Дъждовете са особено ефективни при пречистването на въздуха от радиоактивни елементи, но сблъсъкът и утаяването на аерозолните частици също допринасят за тяхното отлагане.

В умерен климат концентрацията на радон в помещението е средно 5-10 пъти по-висока от тази на открито.

През последните няколко десетилетия, човекът "изкуствено" произвежда няколкостотин радионуклиди придружаващи рентгенови източници на радиация, свойства и приложения, които се използват в медицината, военната, производство на енергия, както и апаратура за проучване на полезни изкопаеми.

Индивидуалното действие на изкуствено излъчваните източници е много различно. Повечето хора получават сравнително малка доза изкуствена радиация, но някои - хиляди пъти излъчването на естествени източници. Техногенните източници са по-добре контролирани от естествените източници.

Рентгенови източници в медицината

В промишлеността и медицината като правило се използват само чисти радионуклиди, което улеснява идентифицирането на начините на изтичане от местата за съхранение и процеса на оползотворяване.

Използването на лъчение в медицината е широко разпространено и потенциално може да има значително въздействие. Той включва източниците на рентгеново лъчение, използвани в медицината за:

• диагностика;
• терапия;
• аналитични процедури;
• темпото.

За диагностика се използват както затворени източници, така и голямо разнообразие от радиоактивни индикатори. Медицинските институции като правило отличават тези приложения като радиология и ядрена медицина.

Това е Рентгеновата тръба източник на йонизиращо лъчение? Компютърната томография и флуорографията са известни диагностични процедури, които се извършват с негова помощ. Освен това, в медицинската радиография има много приложения на изотопни източници, включително гама и бета, и експериментални източници на неутрони за случаи, когато Рентгенови машини неудобно, неподходящо или може да бъде опасно. По отношение на екологията радиационната радиация не е опасна, стига нейните източници да останат отговорни и да се изхвърлят правилно. В тази връзка историята на радийните елементи, радонните игли и радий-съдържащите луминисцентни съединения не е окуражаваща.

Като цяло се използват рентгенови източници на базата на ⁹⁰Sr или ¹⁴⁷ Pm. вид ²⁵²Cf като преносим неутронен генератор прави неутронната радиография широко достъпна, въпреки че като цяло този метод все още силно зависи от наличието на ядрени реактори.

Ядрена медицина

Основната опасност за околната среда представляват радиоизотопните етикети в ядрената медицина и рентгеновите източници. Примери за нежелани ефекти са:

• облъчване на пациента;
• експозиция на болничния персонал;
• експозиция на транспорт на радиоактивни фармацевтични продукти;
• въздействие в производствения процес;
• въздействието на радиоактивните отпадъци.

През последните години се наблюдава тенденция за намаляване на експозицията на пациентите поради въвеждането на краткотрайни изотопи с по-тясно фокусирано действие и използването на по-силно колокализирани лекарства.

По-кратък полуживот намалява ефекта от радиоактивните отпадъци, тъй като повечето от дълготрайните елементи се екскретират през бъбреците.

Очевидно влиянието върху околната среда чрез канализационната система не зависи от това дали пациентът е в болницата или че е третиран като амбулатор. Макар че повечето от освободените радиоактивни елементи вероятно ще са с кратък жизнен цикъл, кумулативният ефект е много по-голям от нивото на замърсяване на всички атомни електроцентрали, комбинирани.

Най-често използваните радионуклиди в медицината са рентгенови източници:

• ^99mTc - сканиране на черепа и мозъка, церебрално кръвно сканиране, сканиране на сърцето, черния дроб, белите дробове, щитовидната жлеза, локализация на плацентата;
• ¹³¹I - кръвни, чернодробни сканирания, локализация на плацентата, сканиране и лечение на щитовидната жлеза;
• ⁵¹Cr - определяне на продължителността на наличие на червени кръвни клетки или секвестиране, обем на кръвта;
• ⁵⁷Съдопроизводството на Шилинг;
• ³²Р - метастази в костната тъкан.

Широкото използване на радиоимунологичните методи, лъчевият анализ на урината и други методи за изследване, използващи етикетирани органични съединения, значително увеличиха употребата на течни сцинтилационни лекарства. Органичните разтвори на фосфор, обикновено на базата на толуен или ксилен, представляват доста голям обем течен органичен отпадък, който трябва да бъде изхвърлен. Обработката в течна форма е потенциално опасна и неприемлива за околната среда. Поради тази причина се предпочита изгарянето на отпадъци.

Тъй като е дълъг живот ³Н или ¹⁴C са лесно разтворими в околната среда, техните ефекти са в нормални граници. Но кумулативният ефект може да бъде значителен.

Друго медицинско приложение на радионуклиди е използването на плутоний батерии за захранване на пейсмейкърите. Хиляди хора са живи днес, поради факта, че тези устройства помагат да функционират сърцата им. Запечатани източници ²³⁸Pu (150 GBq) се хирургически имплантира при пациенти.

Промишлено рентгеново излъчване: източници, свойства, приложение

Медицината не е единствената област, в която тази част от електромагнитния спектър е намерила приложение. Значителен компонент на техногенната радиационна обстановка са радиоизотопите и източниците на рентгенови лъчи, използвани в промишлеността. Примери за такива приложения:

• промишлена радиография;
• измерване на радиация;
• детектори за дим;
• самоблокиращи се материали;
• Рентгенова кристалография;
• скенери за проверка на багажния и ръчния багаж;
• Рентгенови лазери;
• synchrotrons;
• циклотрони.

Тъй като повечето от тези приложения включват използването на капсулирани изотопи, радиационната експозиция възниква по време на транспортиране, пренос, поддръжка и обезвреждане.

Рентгеновата тръба е източникът на йонизиращи лъчения в промишлеността? Да, се използва в системи за неразрушаващ контрол на летищата, в изследвания на кристали, материали и структури, промишлен контрол. През последните десетилетия дозите на излагане на радиация в науката и промишлеността са достигнали половината от стойността на този показател в медицината, поради което приносът е значителен.

Капсулираните източници на рентгенови лъчи имат слаб ефект. Но тяхното транспортиране и изхвърляне са тревожни, когато се изгубят или погрешно се хвърлят в депо. Такива източници на рентгенови лъчи обикновено се доставят и инсталират под формата на двойно запечатани дискове или цилиндри. Капсулите са изработени от неръждаема стомана и изискват периодично тестване на течове. Тяхното изхвърляне може да бъде проблем. Източниците с кратък живот могат да бъдат съхранявани и разграждани, но дори и тогава те трябва да бъдат взети под внимание и остатъчният активен материал трябва да се изхвърли в лицензирана институция. В противен случай капсулите трябва да бъдат изпратени в специализирани институции. Тяхната мощност определя материала и размера на активната част на рентгеновия източник.

Място за съхранение на рентгенови източници

Нарастващ проблем е безопасното извеждане от експлоатация и обеззаразяването на промишлени обекти, където са съхранявани радиоактивни материали в миналото. По принцип те са построени по-рано предприятия за преработка на ядрени материали, но е необходимо да участват в други отрасли, като фабрики за производство на самоосветени знаци, съдържащи тритий.

Специален проблем са дългите живи източници на ниско ниво, които са широко разпространени. Например, ²⁴¹Am се използва в димните детектори. В допълнение към радон, това са основните източници на рентгеново лъчение в ежедневието. Индивидуално, те не представляват опасност, но значителен брой от тях могат да представляват проблем в бъдеще.

Ядрени експлозии

През последните 50 години всеки е бил изложен на радиоактивно замърсяване, причинено от ядрени оръжия. Техният връх е възникнал през 1954-1958 г. и през 1961-1962 г.

През 1963 г. три държави (СССР, САЩ и Великобритания) подписаха споразумение за частична забрана на ядрени опити в атмосферата, океана и космоса. През следващите две десетилетия Франция и Китай проведоха поредица от много по-малки изпитания, които престанаха през 1980 г. Тестовете за подземни води все още са в ход, но те обикновено не причиняват валежи.

Радиоактивното замърсяване след атмосферните тестове се приближава до мястото на експлозията. Отчасти остават в тропосферата и се носят от вятъра по света на същата географска ширина. Докато се движат, те падат на земята, оставайки около месец във въздуха. Но по-голямата част от тях се вкарват в стратосферата, където замърсяването остава в продължение на много месеци и бавно се спуска по цялата планета.

Радиоактивното утаяване включва няколкостотин различни радионуклиди, но само някои от тях са способни да засегнат човешкото тяло, така че техният размер е много малък и разпадането настъпва бързо. Най-значими са С-14, Cs-137, Zr-95 и Sr-90.

Zr-95 има полуживот от 64 дни, а Cs-137 и Sr-90 - около 30 години. Само въглерод-14 с период на полуразпад от 5730 ще остане активен в далечното бъдеще.

Атомна енергия

Ядрената енергия е най-противоречивата от всички източници на антропогенна радиация, но има малък принос за въздействието върху човешкото здраве. При нормална експлоатация ядрените съоръжения отделят малко количество радиация в околната среда. Към февруари 2016 г. в 31 държави има 442 цивилни действащи ядрени реактора, а други 66 са в процес на изграждане. Това е само част от цикъла на ядреното гориво. Тя започва с добива и смилането на уранова руда и продължава да произвежда ядрено гориво. След като бъдат използвани в електроцентрали, горивните клетки понякога се рециклират за възстановяването на уран и плутония. В края на краищата цикълът завършва с рециклиране ядрени отпадъци. На всеки етап от този цикъл е възможно изтичане на радиоактивни материали.

Около половината от производството на уранова руда в света идва от открити кариери, а другата половина от мините. След това се смачква на близките трошачки, които произвеждат голямо количество отпадъци - стотици милиони тонове. Тези отпадъци остават радиоактивни милиони години, след като предприятието престане да работи, въпреки че радиационната радиация представлява много малка част от естествения фон.

След това уранът се превръща в гориво чрез по-нататъшна преработка и почистване в концентриращите растения. Тези процеси водят до замърсяване на въздуха и водата, но те са много по-малко, отколкото в други етапи от горивния цикъл.