Røntgenkilder. Er et røntgenrør en kilde til ioniserende stråling?

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 17:43

Gennem hele livets historie på Jorden har organismer konstant været udsat for kosmiske stråler og de radionuklider, der er dannet af dem i atmosfæren, samt stråling fra stoffer, der er allestedsnærværende i naturen. Det moderne liv har tilpasset sig alle miljøets egenskaber og begrænsninger, inklusive naturlige kilder til røntgenstråler.

Selvom høje niveauer af stråling bestemt er skadelige for organismer, er visse typer stråling afgørende for livet. For eksempel bidrog strålingsbaggrunden til de grundlæggende processer af kemisk og biologisk evolution. Det er også indlysende, at varmen fra Jordens kerne leveres og vedligeholdes af henfaldsvarmen fra primære, naturlige radionuklider.

Kosmiske stråler

Strålingen af udenjordisk oprindelse, der kontinuerligt bombarderer Jorden, kaldesmellemrum.

Det faktum, at denne gennemtrængende stråling når vores planet fra det ydre rum og ikke fra Jorden, blev opdaget i eksperimenter til måling af ionisering i forskellige højder, fra havoverfladen til 9000 m. Det blev fundet, at intensiteten af ioniserende stråling faldet op til en højde på 700 m, og steg derefter hurtigt med stigningen. Det indledende fald kan forklares med et fald i intensiteten af terrestriske gammastråler og en stigning ved virkningen af kosmiske stråler.

Røntgenkilder i rummet er som følger:

• grupper af galakser;
• Seyfert-galakser;
• søn;
• stjerner;
• quasars;
• sorte huller;
• supernova-rester;
• hvide dværge;
• mørke stjerner osv.

Bevis på sådan stråling er for eksempel en stigning i intensiteten af kosmiske stråler observeret på Jorden efter soludbrud. Men vores stjerne yder ikke hovedbidraget til den samlede flux, da dens daglige variationer er meget små.

To typer stråler

Kosmiske stråler er opdelt i primær og sekundær. Stråling, der ikke interagerer med stof i jordens atmosfære, lithosfære eller hydrosfære, kaldes primær. Den består af protoner (≈ 85 %) og alfapartikler (≈ 14 %), med meget mindre fluxer (< 1 %) af tungere kerner. Sekundære kosmiske røntgenstråler, hvis strålingskilder er primær stråling og atmosfæren, er sammensat af subatomære partikler såsom pioner, myoner ogelektroner. Ved havoverfladen består næsten al observeret stråling af sekundære kosmiske stråler, hvoraf 68 % er myoner og 30 % er elektroner. Mindre end 1 % af fluxen ved havoverfladen består af protoner.

Primære kosmiske stråler har som regel en enorm kinetisk energi. De er positivt ladede og får energi ved at accelerere i magnetiske felter. I det ydre rums vakuum kan ladede partikler eksistere i lang tid og rejse millioner af lysår. Under denne flyvning opnår de høj kinetisk energi i størrelsesordenen 2-30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Individuelle partikler har energier op til 10^{10 GeV.}

De høje energier fra primære kosmiske stråler tillader dem bogstaveligt t alt at splitte atomer i jordens atmosfære, når de kolliderer. Sammen med neutroner, protoner og subatomære partikler kan der dannes lette grundstoffer som brint, helium og beryllium. Muoner er altid ladede og henfalder også hurtigt til elektroner eller positroner.

Magnetisk skjold

Intensiteten af kosmiske stråler stiger kraftigt med opstigning, indtil den når et maksimum i en højde på omkring 20 km. Fra 20 km til atmosfærens grænse (op til 50 km) falder intensiteten.

Dette mønster forklares med en stigning i produktionen af sekundær stråling som følge af en stigning i lufttætheden. I en højde af 20 km er det meste af den primære stråling allerede gået i interaktion, og faldet i intensitet fra 20 km til havoverfladen afspejler absorptionen af sekundære stråler.atmosfære, svarende til omkring 10 meter vand.

Intensiteten af stråling er også relateret til breddegrad. I samme højde øges den kosmiske strøm fra ækvator til en breddegrad på 50–60° og forbliver konstant op til polerne. Dette forklares med formen af Jordens magnetfelt og fordelingen af energien fra den primære stråling. Magnetiske feltlinjer, der strækker sig ud over atmosfæren, er norm alt parallelle med jordens overflade ved ækvator og vinkelrette ved polerne. Ladede partikler bevæger sig let langs magnetfeltets linjer, men overvinder det næppe i den tværgående retning. Fra polerne til 60° når stort set al primær stråling Jordens atmosfære, og ved ækvator kan kun partikler med energier på over 15 GeV trænge igennem det magnetiske skjold.

Sekundære røntgenkilder

Som et resultat af samspillet mellem kosmiske stråler og stof produceres der kontinuerligt en betydelig mængde radionuklider. De fleste af dem er fragmenter, men nogle af dem er dannet ved aktivering af stabile atomer af neutroner eller myoner. Den naturlige produktion af radionuklider i atmosfæren svarer til intensiteten af kosmisk stråling i højde og bredde. Omkring 70 % af dem stammer fra stratosfæren og 30 % i troposfæren.

Med undtagelse af H-3 og C-14 findes radionuklider norm alt i meget lave koncentrationer. Tritium fortyndes og blandes med vand og H-2, og C-14 kombineres med oxygen og danner CO_{2, som blandes med atmosfærisk kuldioxid. Kulstof-14 kommer ind i planter gennem fotosyntese.}

Jordstråling

Af de mange radionuklider, der er dannet med Jorden, har kun nogle få halveringstider lang nok til at forklare deres nuværende eksistens. Hvis vores planet blev dannet for omkring 6 milliarder år siden, ville de have brug for en halveringstid på mindst 100 millioner år for at forblive i målbare mængder. Af de primære radionuklider, der hidtil er opdaget, er tre af størst betydning. Røntgenkilden er K-40, U-238 og Th-232. Uran og thorium danner hver især en kæde af henfaldsprodukter, der næsten altid er i nærvær af den oprindelige isotop. Selvom mange af datterradionukliderne er kortlivede, er de almindelige i miljøet, da de konstant dannes af langlivede modermaterialer.

Andre primordiale langlivede røntgenkilder er kort sagt i meget lave koncentrationer. Disse er Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 osv. Naturligt forekommende neutroner danner mange andre radionuklider, men deres koncentration er norm alt meget lav. Oklo-bruddet i Gabon, Afrika, indeholder beviser for en "naturlig reaktor", hvori atomreaktioner fandt sted. Udtømningen af U-235 og tilstedeværelsen af fissionsprodukter i en rig uranforekomst indikerer, at en spontant induceret kædereaktion fandt sted her for omkring 2 milliarder år siden.

Selv om primordiale radionuklider er allestedsnærværende, varierer deres koncentration fra sted til sted. HovedReservoiret af naturlig radioaktivitet er litosfæren. Derudover ændrer det sig betydeligt inden for litosfæren. Nogle gange er det forbundet med visse typer forbindelser og mineraler, nogle gange er det rent region alt, med ringe korrelation med typer af bjergarter og mineraler.

Fordelingen af primære radionuklider og deres afkoms henfaldsprodukter i naturlige økosystemer afhænger af mange faktorer, herunder nuklidernes kemiske egenskaber, økosystemets fysiske faktorer og flora og faunas fysiologiske og økologiske egenskaber. Forvitringen af sten, deres hovedreservoir, forsyner jorden med U, Th og K. Nedbrydningsprodukterne fra Th og U deltager også i denne overførsel. Fra jorden optages K, Ra, lidt U og meget lidt Th af planter. De bruger kalium-40 på samme måde som stabilt K. Radium, et henfaldsprodukt af U-238, bruges af planten, ikke fordi det er en isotop, men fordi det er kemisk tæt på calcium. Planters optagelse af uran og thorium er generelt ubetydelig, da disse radionuklider norm alt er uopløselige.

Radon

Den vigtigste af alle kilder til naturlig stråling er det smagløse, lugtfrie element, en usynlig gas, der er 8 gange tungere end luft, radon. Den består af to hovedisotoper - radon-222, et af henfaldsprodukterne fra U-238, og radon-220, dannet under henfaldet af Th-232.

Sten, jord, planter, dyr udsender radon til atmosfæren. Gassen er et nedbrydningsprodukt af radium og produceres i ethvert materialesom indeholder det. Fordi radon er en inaktiv gas, kan den frigives fra overflader, der kommer i kontakt med atmosfæren. Mængden af radon, der kommer ud af en given stenmasse, afhænger af mængden af radium og overfladearealet. Jo mindre sten, jo mere radon kan den frigive. Koncentrationen af Rn i luften ved siden af radiumholdige materialer afhænger også af lufthastigheden. I kældre, huler og miner, der har dårlig luftcirkulation, kan radonkoncentrationerne nå betydelige niveauer.

Rn henfalder ret hurtigt og danner en række datterradionuklider. Når de først er dannet i atmosfæren, kombineres radonhenfaldsprodukter med fine støvpartikler, der sætter sig på jorden og planter, og som også indåndes af dyr. Regn er særligt effektivt til at fjerne radioaktive grundstoffer fra luften, men påvirkningen og bundfældningen af aerosolpartikler bidrager også til deres aflejring.

I tempererede klimaer er indendørs radonkoncentrationer i gennemsnit omkring 5 til 10 gange højere end udendørs.

I løbet af de sidste par årtier har mennesket "kunstigt" produceret flere hundrede radionuklider, tilhørende røntgenstråler, kilder, egenskaber, der har anvendelser inden for medicin, militær, elproduktion, instrumentering og mineraludforskning.

Individuelle virkninger af menneskeskabte strålingskilder varierer meget. De fleste mennesker modtager en relativt lille dosis kunstig stråling, men nogle modtager mange tusinde gange strålingen fra naturlige kilder. Menneskeskabte kilder er bedrekontrolleret end naturligt.

Røntgenkilder i medicin

Inden for industri og medicin anvendes som udgangspunkt kun rene radionuklider, hvilket forenkler identifikation af lækageveje fra lagerpladser og bortskaffelsesprocessen.

Brugen af stråling i medicin er udbredt og har potentiale til at få en betydelig indflydelse. Det inkluderer røntgenkilder, der bruges i medicin til:

• diagnostik;
• terapi;
• analytiske procedurer;
• pacing.

Til diagnostik bruges både forseglede kilder og en lang række radioaktive sporstoffer. Medicinske institutioner skelner generelt mellem disse applikationer som radiologi og nuklearmedicin.

Er et røntgenrør en kilde til ioniserende stråling? Computertomografi og fluorografi er velkendte diagnostiske procedurer, der udføres med dens hjælp. Derudover er der mange anvendelser af isotopkilder i medicinsk radiografi, herunder gamma- og betakilder, og eksperimentelle neutronkilder til tilfælde, hvor røntgenmaskiner er ubelejlige, uhensigtsmæssige eller kan være farlige. Fra et miljømæssigt synspunkt udgør radiografisk stråling ikke en risiko, så længe dens kilder forbliver ansvarlige og bortskaffes korrekt. I denne forbindelse er historien om radiumelementer, radonnåle og radiumholdige selvlysende forbindelser ikke opmuntrende.

Almindelig anvendte røntgenkilder baseret på ⁹⁰Sreller ¹⁴⁷ Pm. Fremkomsten af ^{252Cf som en bærbar neutrongenerator har gjort neutronradiografi bredt tilgængelig, selvom teknikken generelt stadig er meget afhængig af tilgængeligheden af atomreaktorer.}

Nuklearmedicin

De vigtigste miljørisici er radioisotopmærker i nuklearmedicin og røntgenkilder. Eksempler på uønsket påvirkning er som følger:

• bestråling af patienten;
• bestråling af hospitalspersonale;
• eksponering under transport af radioaktive lægemidler;
• påvirkning under produktion;
• eksponering for radioaktivt affald.

I de senere år har der været en tendens til at reducere patienteksponeringen gennem introduktion af kortlivede isotoper med en mere snæver effekt og brug af mere lokaliserede lægemidler.

Kortere halveringstid reducerer virkningen af radioaktivt affald, da de fleste af de langlivede grundstoffer udskilles gennem nyrerne.

Miljøpåvirkningen af kloakker ser ikke ud til at afhænge af, om patienten er indlagt eller ambulant. Mens de fleste af de frigivne radioaktive grundstoffer sandsynligvis vil være kortvarige, overstiger den kumulative effekt langt forureningsniveauet for alle atomkraftværker tilsammen.

De mest almindeligt anvendte radionuklider i medicin er røntgenkilder:

• 99mTc – kranie- og hjerneskanning, cerebral blodskanning, hjerte, lever, lunge, skjoldbruskkirtelscanning, placentalokalisering;
• 131I - blod, leverscanning, placentalokalisering, skjoldbruskkirtelscanning og behandling;
• 51Cr - bestemmelse af varigheden af eksistensen af røde blodlegemer eller sekvestrering, blodvolumen;
• 57Co - Schilling-test;
• 32P – knoglemetastaser.

Den udbredte brug af radioimmunoassay-procedurer, urinanalyse og andre forskningsmetoder ved brug af mærkede organiske forbindelser har øget brugen af flydende scintillationspræparater markant. Organiske fosforopløsninger, norm alt baseret på toluen eller xylen, udgør en ret stor mængde flydende organisk affald, som skal bortskaffes. Forarbejdning i flydende form er potentielt farlig og miljømæssigt uacceptabel. Af denne grund foretrækkes affaldsforbrænding.

Da den langlivede ³H eller ^{14C let opløses i miljøet, er deres eksponering inden for det normale område. Men den kumulative effekt kan være betydelig.}

En anden medicinsk brug af radionuklider er brugen af plutoniumbatterier til at drive pacemakere. Tusindvis af mennesker er i live i dag, fordi disse enheder hjælper deres hjerter med at fungere. Forseglede kilder til 238Pu (150 GBq) implanteres kirurgisk i patienter.

Industrielle røntgenstråler: kilder, egenskaber, applikationer

Medicin er ikke det eneste område, hvor denne del af det elektromagnetiske spektrum har fundet anvendelse. Radioisotoper og røntgenkilder, der anvendes i industrien, er en væsentlig del af den teknogene strålingssituation. Applikationseksempler:

• industriel radiografi;
• strålingsmåling;
• røgdetektorer;
• selvlysende materialer;
• røntgenkrystallografi;
• scannere til screening af bagage og håndbagage;
• røntgenlasere;
• synkrotroner;
• cyklotroner.

Fordi de fleste af disse applikationer involverer brug af indkapslede isotoper, forekommer strålingseksponering under transport, overførsel, vedligeholdelse og bortskaffelse.

Er et røntgenrør en kilde til ioniserende stråling i industrien? Ja, det bruges i lufthavnens ikke-destruktive testsystemer, i studiet af krystaller, materialer og strukturer og i industriel kontrol. I løbet af de sidste årtier har doser af strålingseksponering i videnskab og industri nået halvdelen af værdien af denne indikator inden for medicin; derfor er bidraget betydeligt.

Indkapslede røntgenkilder i sig selv har ringe effekt. Men deres transport og bortskaffelse er bekymrende, når de går tabt eller ved en fejl dumpes på en losseplads. Sådanne kilderRøntgenstråler leveres og installeres norm alt som dobbeltforseglede skiver eller cylindre. Kapslerne er lavet af rustfrit stål og kræver periodisk kontrol for lækage. Deres bortskaffelse kan være et problem. Kortlivede kilder kan opbevares og nedbrydes, men selv da skal der redegøres ordentligt for dem, og resterende aktivt materiale skal bortskaffes på et godkendt anlæg. Ellers skal kapslerne sendes til specialiserede institutioner. Deres kraft bestemmer materialet og størrelsen af den aktive del af røntgenkilden.

Røntgenkildelagerpladser

Et voksende problem er sikker dekommissionering og dekontaminering af industrianlæg, hvor radioaktive materialer tidligere har været opbevaret. Disse er for det meste ældre nukleare oparbejdningsanlæg, men andre industrier skal involveres, såsom anlæg til produktion af selvlysende tritiumskilte.

Langlivede lavniveaukilder, som er udbredt, er et særligt problem. For eksempel bruges 241Am i røgdetektorer. Ud over radon er det de vigtigste kilder til røntgenstråling i hverdagen. Hver for sig udgør de ingen fare, men et betydeligt antal af dem kan udgøre et problem i fremtiden.

Atomeksplosioner

I løbet af de sidste 50 år har alle været udsat for stråling fra nedfald forårsaget af atomvåbentest. Deres højdepunkt var kl1954-1958 og 1961-1962.

I 1963 underskrev tre lande (USSR, USA og Storbritannien) en aftale om et delvist forbud mod atomprøvesprængninger i atmosfæren, havet og det ydre rum. I løbet af de næste to årtier gennemførte Frankrig og Kina en række meget mindre tests, som ophørte i 1980. Underjordiske tests er stadig i gang, men de producerer generelt ikke nedbør.

Radioaktiv forurening fra atmosfæriske test falder i nærheden af eksplosionsstedet. Nogle af dem forbliver i troposfæren og bliver båret af vinden rundt i verden på samme breddegrad. Når de bevæger sig, falder de til jorden og bliver omkring en måned i luften. Men de fleste bliver skubbet ind i stratosfæren, hvor forureningen forbliver i mange måneder, og langsomt synker hen over planeten.

Radioaktivt nedfald omfatter flere hundrede forskellige radionuklider, men kun få af dem er i stand til at påvirke den menneskelige krop, så deres størrelse er meget lille, og henfaldet er hurtigt. De mest betydningsfulde er C-14, Cs-137, Zr-95 og Sr-90.

Zr-95 har en halveringstid på 64 dage, mens Cs-137 og Sr-90 har omkring 30 år. Kun kulstof-14 med en halveringstid på 5730 vil forblive aktiv langt ud i fremtiden.

Atomenergi

Atomkraft er den mest kontroversielle af alle menneskeskabte strålingskilder, men den bidrager meget lidt til menneskers helbredspåvirkninger. Under normal drift frigiver nukleare anlæg ubetydelige mængder stråling til miljøet. februar 2016Der var 442 civile atomreaktorer i drift i 31 lande, og 66 flere var under opførelse. Dette er kun en del af atombrændselsproduktionscyklussen. Det begynder med udvinding og formaling af uranmalm og fortsætter med fremstilling af nukleart brændsel. Efter at være blevet brugt i kraftværker oparbejdes brændselsceller nogle gange for at genvinde uran og plutonium. I sidste ende ender kredsløbet med bortskaffelse af atomaffald. På hvert trin af denne cyklus kan radioaktive materialer frigives.

Omkring halvdelen af verdens uranmalmproduktion kommer fra åbne gruber, den anden halvdel fra miner. Derefter knuses det ved nærliggende knusere, som producerer en stor mængde affald - hundredvis af millioner tons. Dette affald forbliver radioaktivt i millioner af år efter, at anlægget er indstillet, selvom stråling er en meget lille del af den naturlige baggrund.

Derefter omdannes uranet til brændstof gennem yderligere forarbejdning og rensning på berigelsesanlæg. Disse processer fører til luft- og vandforurening, men de er meget mindre end på andre stadier af brændselskredsløbet.