En radioaktiv kilde er en vis mængde af et radionuklid, der udsender ioniserende stråling. Sidstnævnte omfatter norm alt gammastråler, alfa- og beta-partikler og neutronstråling.
Kildernes rolle
De kan bruges til bestråling, når strålingen udfører en ioniserende funktion, eller som en kilde til metrologisk stråling til kalibrering af den radiometriske proces og instrumentering. De bruges også til at overvåge industrielle processer såsom tykkelsesmåling i papir- og stålindustrien. Kilder kan forsegles i en beholder (højt gennemtrængende stråling) eller anbringes på en overflade (lavt gennemtrængende stråling) eller i en væske.
Betydning og anvendelse
Som en kilde til stråling bruges de i medicin til strålebehandling og i industrien til radiografi, bestrålingfødevarer, sterilisering, skadedyrsbekæmpelse og PVC-bestråling tværbinding.
Radionuklider
Radiouklider vælges i henhold til strålingens type og art, dens intensitet og halveringstid. Almindelige kilder til radionuklider omfatter cob alt-60, iridium-192 og strontium-90. Målingen af mængden af SI-kildeaktivitet er Becquerel, selvom den historiske Curie-enhed stadig er delvist i brug, for eksempel i USA, på trods af at den amerikanske NIST kraftigt anbefaler brugen af SI-enheden. Af sundhedsmæssige årsager er det obligatorisk i EU.
Lifetime
En strålingskilde lever typisk 5 til 15 år, før dens aktivitet falder til et sikkert niveau. Men når radionuklider med lang halveringstid er tilgængelige, kan de bruges som kalibreringsværktøj i meget længere tid.
Lukket og skjult
Mange radioaktive kilder er lukkede. Det betyder, at de permanent enten er fuldstændig indeholdt i kapslen eller fast bundet af et fast stof til overfladen. Kapsler er norm alt lavet af rustfrit stål, titanium, platin eller andet inert metal. Brugen af forseglede kilder eliminerer stort set al risiko for at sprede radioaktivt materiale til miljøet på grund af forkert håndtering, men beholderen er ikke designet til at dæmpe stråling, så yderligere afskærmning er påkrævet for strålingsbeskyttelse. Lukkede bruges også i næsten alle tilfælde, hvor ikkekemisk eller fysisk inkorporering i en væske eller gas er påkrævet.
Forseglede kilder klassificeres af IAEA i henhold til deres aktiviteter i forhold til en minim alt farlig radioaktiv genstand (som kan forårsage betydelig skade på mennesker). Det anvendte forhold er A/D, hvor A er kildeaktiviteten, og D er den minimale farlige aktivitet.
Bemærk venligst, at kilder med et lavt nok radioaktivt udbytte (såsom dem, der bruges i røgdetektorer) til ikke at skade mennesker, er ikke klassificeret.
Kapsler
Kapselkilder, hvor stråling effektivt kommer fra et punkt, bruges til at kalibrere beta-, gamma- og røntgeninstrumenter. På det seneste har de været upopulære både som industrielle objekter og som objekter til undersøgelse.
Pladefjedre
De bruges i vid udstrækning til kalibrering af radioaktive forureningsinstrumenter. Det vil sige, at de faktisk spiller rollen som en slags mirakuløse tællere.
I modsætning til en kapselkilde skal baggrunden, der udsendes af en pladekilde, være på overfladen for at forhindre, at beholderen falmer eller selvafskærmer på grund af materialets beskaffenhed. Dette er især vigtigt for alfapartikler, som let stoppes af en lille masse. Bragg-kurven viser effekten af dæmpning i atmosfærisk luft.
uåbnet
Uåbnede kilder er dem, der ikke er i en permanent forseglet beholder og er meget brugt til medicinske formål. De gælder i sagernår kilden skal opløses i en væske til injektion i en patient eller indtagelse. De bruges også i industrien på lignende måde til lækagedetektion som et radioaktivt sporstof.
Genbrug og miljøaspekter
Bortskaffelse af udløbne radioaktive kilder giver lignende problemer som bortskaffelse af andet nukleart affald, dog i mindre omfang. Brugte lavaktive kilder vil nogle gange være inaktive nok til at blive bortskaffet ved brug af normale affaldsbortskaffelsesmetoder, norm alt på lossepladser. Andre bortskaffelsesmetoder svarer til dem, der bruges til radioaktivt affald på højere niveau, ved at bruge forskellige borehulsdybder afhængigt af affaldets aktivitet.
Et velkendt tilfælde af skødesløs håndtering af en sådan genstand var en ulykke i Goiania, som førte til flere menneskers død.
Baggrundsstråling
Baggrundsstråling er altid til stede på Jorden. Det meste af baggrundsstrålingen kommer naturligt fra mineraler, mens en lille del kommer fra menneskeskabte grundstoffer. Naturlige radioaktive mineraler i jord, jord og vand producerer baggrundsstråling. Den menneskelige krop indeholder endda nogle af disse naturlige radioaktive mineraler. Kosmisk stråling bidrager også til strålingsbaggrunden omkring os. Der kan være store variationer i naturlige baggrundsstrålingsniveauer fra sted til sted, samt ændringer på samme sted over tid. Naturlige radioisotoper er en meget stærk baggrundudsender.
Kosmisk stråling
Kosmisk stråling kommer fra ekstremt energirige partikler fra Solen og stjerner, der kommer ind i Jordens atmosfære. Det vil sige, at disse himmellegemer kan kaldes kilder til radioaktiv stråling. Nogle partikler rammer jorden, mens andre interagerer med atmosfæren og skaber forskellige typer stråling. Niveauer stiger, når du kommer tættere på et radioaktivt objekt, så mængden af kosmisk stråling stiger norm alt i forhold til stigningen. Jo højere højde, jo højere dosis. Dette er grunden til, at de, der bor i Denver, Colorado (5.280 fod) modtager en højere årlig strålingsdosis fra kosmisk stråling end nogen, der bor ved havoverfladen (0 fod).
Uranudvinding i Rusland er fortsat et kontroversielt og "hot" emne, fordi dette arbejde er ekstremt farligt. Naturligvis kaldes uran og thorium fundet i jorden primære radionuklider og er en kilde til terrestrisk stråling. Spormængder af uran, thorium og deres henfaldsprodukter kan findes over alt. Lær mere om radioaktivt henfald. Terrestriske strålingsniveauer varierer fra sted til sted, men områder med højere koncentrationer af uran og thorium i overfladejord oplever typisk højere dosisniveauer. Derfor er folk involveret i uranudvinding i Rusland i stor risiko.
Stråling og mennesker
Spor af radioaktive stoffer kan findes i den menneskelige krop (hovedsageligt naturligt kalium-40). Grundstoffet findes i mad, jord og vand, som viacceptere. Vores kroppe indeholder små mængder stråling, fordi kroppen omsætter ikke-radioaktive og radioaktive former for kalium og andre grundstoffer på samme måde.
En lille del af baggrundsstrålingen kommer fra menneskelige aktiviteter. Spormængder af radioaktive grundstoffer er blevet spredt ud i miljøet som et resultat af atomvåbentest og ulykker som den, der fandt sted ved Tjernobyl-atomkraftværket i Ukraine. Atomreaktorer frigiver små mængder radioaktive grundstoffer. Radioaktive materialer, der anvendes i industrien og endda i nogle forbrugerprodukter, udsender også små mængder baggrundsstråling.
Vi udsættes alle for stråling hver dag fra naturlige kilder, såsom mineraler i jorden, og menneskeskabte kilder, såsom medicinske røntgenstråler. Ifølge National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP) er den gennemsnitlige årlige menneskelige eksponering for stråling i USA 620 millirems (6,2 millisieverts).
I naturen
Radioaktive stoffer findes ofte i naturen. Nogle af dem findes i jord, klipper, vand, luft og vegetation, hvorfra de indåndes og indtages. Ud over denne interne eksponering modtager mennesker også ekstern eksponering fra radioaktive materialer, der forbliver uden for kroppen, og fra kosmisk stråling fra det ydre rum. Den gennemsnitlige daglige naturlige dosis for mennesker er omkring 2,4 mSv (240 mrem) om året.
Dette er fire gange så megetden globale gennemsnitlige eksponering for kunstig stråling i verden, som i 2008 var omkring 0,6 mrem (60 Rem) om året. I nogle velhavende lande, såsom USA og Japan, overstiger kunstig eksponering den naturlige eksponering i gennemsnit på grund af større adgang til specifik medicinsk instrumentering. I Europa varierer den gennemsnitlige naturlige baggrundseksponering på tværs af lande fra 2 mSv (200 mrem) om året i Det Forenede Kongerige til over 7 mSv (700 mrem) for nogle grupper af mennesker i Finland.
Daglig eksponering
Eksponering fra naturlige kilder er en integreret del af hverdagen både på arbejdspladsen og på offentlige steder. Sådanne eksponeringer er i de fleste tilfælde af ringe eller ingen offentlig bekymring, men i visse situationer skal der tages hensyn til sundhedsbeskyttelsesforanst altninger, for eksempel ved arbejde med uran- og thoriummalme og andre naturligt forekommende radioaktive materialer (NORM). Disse situationer er blevet genstand for agenturets opmærksomhed i de senere år. Og dette uden at nævne eksemplerne på ulykker med frigivelse af radioaktive stoffer, såsom katastrofen ved atomkraftværket i Tjernobyl og ved Fukushima, der tvang videnskabsmænd og politikere rundt om i verden til at genoverveje deres holdning til det "fredelige atom".
Jordstråling
Jordstråling omfatter kun kilder, der forbliver eksterne i forhold til kroppen. Men samtidig fortsætter de med at være farlige radioaktive strålingskilder. De vigtigste radionuklider, der giver anledning til bekymring, er kalium, uran og thorium, deres nedbrydningsprodukter. Ognogle, såsom radium og radon, er meget radioaktive, men forekommer i lave koncentrationer. Antallet af disse objekter er blevet ubønhørligt reduceret siden Jordens dannelse. Den nuværende strålingsaktivitet forbundet med tilstedeværelsen af uran-238 er halvt så meget som ved begyndelsen af vores planets eksistens. Dette skyldes dens halveringstid på 4,5 milliarder år, og for kalium-40 (halveringstid på 1,25 milliarder år) er den kun omkring 8% af den oprindelige. Men under menneskehedens eksistens er mængden af stråling faldet meget lidt.
Mange isotoper med kortere halveringstid (og derfor høj radioaktivitet) er ikke henfaldet på grund af deres konstante naturlige produktion. Eksempler på dette er radium-226 (henfaldsproduktet af thorium-230 i henfaldskæden af uran-238) og radon-222 (henfaldsproduktet af radium-226 i denne kæde).
thorium og uran
De radioaktive kemiske grundstoffer thorium og uran gennemgår for det meste alfa- og beta-henfald og er ikke nemme at opdage. Dette gør dem meget farlige. Det samme kan dog siges om protonstråling. Imidlertid er mange af deres sidederivater af disse grundstoffer også stærke gamma-emittere. Thorium-232 detekteres med 239 keV-toppen fra bly-212, 511, 583 og 2614 keV fra thallium-208 og 911 og 969 keV fra actinium-228. Det radioaktive kemiske grundstof Uranium-238 optræder som bismuth-214-toppe ved 609, 1120 og 1764 keV (se samme top for atmosfærisk radon). Kalium-40 detekteres direkte gennem 1461 gamma-toppenkeV.
Niveauet over havet og andre store vandmasser plejer at være omkring en tiendedel af jordens baggrund. Omvendt kan kystområder (og regioner nær ferskvand) have et yderligere bidrag fra spredte sedimenter.
Radon
Den største kilde til radioaktiv stråling i naturen er luftbåren radon, en radioaktiv gas, der frigives fra jorden. Radon og dets isotoper, moderradionuklider og henfaldsprodukter bidrager til den gennemsnitlige respirable dosis på 1,26 mSv/år (millisievert pr. år). Radon er ujævnt fordelt og varierer med vejret, så der bruges meget højere doser mange steder i verden, hvor det udgør en betydelig sundhedsfare. Koncentrationer 500 gange højere end verdensgennemsnittet er fundet inde i bygninger i Skandinavien, USA, Iran og Tjekkiet. Radon er et nedbrydningsprodukt af uran, der er relativt almindeligt i jordskorpen, men mere koncentreret i malmholdige bjergarter spredt rundt i verden. Radon siver fra disse malme ud i atmosfæren eller grundvandet og siver også ind i bygninger. Det kan inhaleres i lungerne sammen med henfaldsprodukterne, hvor de vil forblive i nogen tid efter eksponering. Af denne grund er radon klassificeret som en naturlig kilde til stråling.
Radoneksponering
Selv om radon forekommer naturligt, kan dets virkninger øges eller mindskes af menneskelige aktiviteter, såsom at bygge et hus. Dårligt forseglet kælderEt velisoleret hjem kan føre til radonophobning i hjemmet, hvilket bringer beboerne i fare. Den udbredte konstruktion af velisolerede og forseglede boliger i de industrialiserede lande i nord har resulteret i, at radon er blevet en vigtig kilde til baggrundsstråling i nogle samfund i det nordlige Nordamerika og Europa. Nogle byggematerialer, såsom letvægtsbeton med alunskifer, phosphogips og italiensk tuf, kan frigive radon, hvis de indeholder radium og er porøse for gas.
Strålingseksponering fra radon er indirekte. Radon har en kort halveringstid (4 dage) og henfalder til andre faste partikler af radioaktive nuklider af radium-serien. Disse radioaktive elementer inhaleres og forbliver i lungerne, hvilket forårsager langvarig eksponering. Således menes radon at være den næststørste årsag til lungekræft efter rygning og er ansvarlig for mellem 15.000 og 22.000 kræftdødsfald om året alene i USA. Diskussionen om de modsatte eksperimentelle resultater er dog stadig i gang.
Det meste af den atmosfæriske baggrund er forårsaget af radon og dets nedbrydningsprodukter. Gammaspektret viser mærkbare toppe ved 609, 1120 og 1764 keV, som hører til bismuth-214, et henfaldsprodukt af radon. Den atmosfæriske baggrund afhænger i høj grad af vindens retning og meteorologiske forhold. Radon kan også frigives fra jorden i eksplosioner og derefter danne "radonskyer", der kan rejse titusinder af kilometer.
Space-baggrund
Jorden og alle levende ting på den er konstantbombarderet af stråling fra rummet. Denne stråling består hovedsageligt af positivt ladede ioner, fra protoner til jern, og større kerner produceret uden for vores solsystem. Denne stråling interagerer med atomer i atmosfæren og skaber sekundær luftstrøm, inklusive røntgenstråler, myoner, protoner, alfapartikler, pioner, elektroner og neutroner.
Den direkte dosis af kosmisk stråling kommer hovedsageligt fra muoner, neutroner og elektroner, og den varierer i forskellige dele af verden afhængigt af det geomagnetiske felt og højden. For eksempel modtager byen Denver i USA (i en højde af 1.650 meter) omkring dobbelt så stor dosis af kosmiske stråler end ved et punkt ved havoverfladen.
Denne stråling er meget stærkere i den øvre troposfære ved omkring 10 km og er derfor af særlig interesse for besætningsmedlemmer og almindelige passagerer, som tilbringer mange timer om året i dette miljø. Under deres flyvninger modtager flyselskabets besætninger typisk en ekstra erhvervsdosis, der spænder fra 2,2 mSv (220 mrem) pr. år til 2,19 mSv/år ifølge forskellige undersøgelser.
Stråling i kredsløb
På samme måde forårsager kosmiske stråler højere baggrundseksponering for astronauter end for mennesker på jordens overflade. Astronauter, der arbejder i lave baner, såsom ansatte på internationale rumstationer eller shuttles, er delvist beskyttet af Jordens magnetfelt, men lider også af det såkaldte Van Allen-bælte, som er resultatet af Jordens magnetfelt. Uden for lavt kredsløb om Jorden, f.eksoplevet af Apollo-astronauter, der rejser til Månen, er denne baggrundsstråling meget mere intens og repræsenterer en væsentlig barriere for potentiel fremtidig langsigtet menneskelig udforskning af Månen eller Mars.
Kosmiske påvirkninger forårsager også elementær transmutation i atmosfæren, hvor den sekundære stråling, der genereres af dem, kombineres med atomkerner i atmosfæren og danner forskellige nuklider. Mange såkaldte kosmogene nuklider kan produceres, men nok den mest bemærkelsesværdige er kulstof-14, som dannes ved interaktion med nitrogenatomer. Disse kosmogene nuklider når til sidst jordens overflade og kan inkorporeres i levende organismer. Produktionen af disse nuklider varierer lidt under kortvarige solfluxmetamorfoser, men anses for at være praktisk t alt konstant over store skalaer - fra tusinder til millioner af år. Den konstante produktion, inkorporering og relativt korte halveringstid af kulstof-14 er de principper, der anvendes ved radiocarbondatering af gamle biologiske materialer såsom træartefakter eller menneskelige rester.
Gammastråler
Kosmisk stråling ved havoverfladen vises typisk som 511 keV gammastråling fra positronudslettelse skabt af nukleare reaktioner af højenergipartikler og gammastråler. I store højder er der også et bidrag fra det kontinuerlige spektrum af bremsstrahlung. Derfor anses spørgsmålet om solstråling og strålingsbalance for meget vigtigt blandt videnskabsmænd.
Stråling inde i kroppen
De to vigtigste elementer, der udgør den menneskelige krop, nemlig kalium og kulstof, indeholder isotoper, der i høj grad øger vores baggrundsstrålingsdosis. Det betyder, at de også kan være kilder til radioaktiv stråling.
Farlige kemiske elementer og forbindelser har en tendens til at akkumulere. Den gennemsnitlige menneskelige krop indeholder omkring 17 milligram kalium-40 (40K) og omkring 24 nanogram (10-8 g) kulstof-14 (14C) (halveringstid - 5.730 år). Med undtagelse af intern forurening med eksterne radioaktive materialer er disse to elementer de største komponenter i intern eksponering for de biologisk funktionelle komponenter i den menneskelige krop. Omkring 4.000 kerner henfalder med 40K pr. sekund og det samme antal ved 14C. Energien af beta-partikler dannet ved 40K er cirka 10 gange større end energien af beta-partikler dannet ved 14C.
14C er til stede i den menneskelige krop ved omkring 3.700 Bq (0,1 µCi) med en biologisk halveringstid på 40 dage. Det betyder, at henfaldet af 14C producerer omkring 3.700 beta-partikler i sekundet. Cirka halvdelen af menneskelige celler indeholder et 14C-atom.
Global gennemsnitlig intern dosis af andre radionuklider end radon og dets henfaldsprodukter er 0,29 mSv/år, hvoraf 0,17 mSv/år er ved 40K, 0,12 mSv/år kommer fra uranserien og thorium og 12 μSv / år - fra 14C. Det er også værd at bemærke, at medicinske røntgenmaskiner også ofte erradioaktive, men deres stråling er ikke farlig for mennesker.
