Radioaktivni izvor je određena količina radionuklida koji emitira ionizirajuće zračenje. Potonje obično uključuje gama zrake, alfa i beta čestice i neutronsko zračenje.
Uloga izvora
Mogu se koristiti za zračenje, kada zračenje ima ionizirajuću funkciju, ili kao izvor mjeriteljskog zračenja za kalibraciju radiometrijskog procesa i instrumentacije. Također se koriste za praćenje industrijskih procesa kao što je mjerenje debljine u industriji papira i čelika. Izvori se mogu zatvoriti u spremnik (visoko penetrirajuće zračenje) ili položiti na površinu (nisko prodorno zračenje) ili u tekućini.
Značenje i primjena
Kao izvor zračenja, koriste se u medicini za terapiju zračenjem i u industriji za radiografiju, zračenjehrana, sterilizacija, kontrola štetočina i umrežavanje PVC zračenjem.
Radionuklidi
Radionuklidi se biraju prema vrsti i prirodi zračenja, njegovom intenzitetu i poluživotu. Uobičajeni izvori radionuklida su kob alt-60, iridij-192 i stroncij-90. Mjerenje količine aktivnosti izvora SI je Becquerel, iako je povijesna Curiejeva jedinica još uvijek u djelomičnoj upotrebi, na primjer u SAD-u, unatoč tome što američki NIST snažno preporučuje korištenje SI jedinice. U zdravstvene svrhe, obavezan je u EU.
Doživotno
Izvor zračenja obično živi 5 do 15 godina prije nego što njegova aktivnost padne na sigurnu razinu. Međutim, kada su dostupni radionuklidi s dugim poluživotom, mogu se koristiti kao alati za kalibraciju mnogo dulje.
Zatvoreno i skriveno
Mnogi radioaktivni izvori su zatvoreni. To znači da su trajno ili potpuno sadržani u kapsuli ili čvrsto vezani krutom tvari na površinu. Kapsule su obično izrađene od nehrđajućeg čelika, titana, platine ili drugog inertnog metala. Korištenjem zatvorenih izvora eliminira se praktički svaki rizik od raspršivanja radioaktivnog materijala u okoliš zbog nepravilnog rukovanja, ali spremnik nije dizajniran za ublažavanje zračenja, pa je za zaštitu od zračenja potrebna dodatna zaštita. Zatvorene se također koriste u gotovo svim slučajevima kada nepotrebna je kemijska ili fizička inkorporacija u tekućinu ili plin.
Zatvorene izvore IAEA razvrstava prema njihovim aktivnostima u odnosu na minimalno opasan radioaktivni objekt (koji može uzrokovati značajnu štetu ljudima). Korišteni omjer je A/D, gdje je A izvorna aktivnost, a D minimalna opasna aktivnost.
Napominjemo da izvori s dovoljno niskim radioaktivnim učinkom (kao što su oni koji se koriste u detektorima dima) da ne nanose štetu ljudima nisu klasificirani.
Kapsule
Izvori kapsula, gdje zračenje učinkovito dolazi iz točke, koriste se za kalibraciju beta, gama i rendgenskih instrumenata. Nedavno su bili nepopularni i kao industrijski objekti i kao objekti za proučavanje.
Platne opruge
Naširoko se koriste za kalibraciju instrumenata za radioaktivnu kontaminaciju. To jest, oni zapravo igraju ulogu svojevrsnih čudesnih brojača.
Za razliku od izvora kapsule, pozadina koju emitira pločasti izvor mora biti na površini kako bi se spriječilo blijeđenje spremnika ili samozaštita zbog prirode materijala. To je posebno važno za alfa čestice, koje se lako zaustavljaju malom masom. Braggova krivulja pokazuje učinak prigušivanja atmosferskog zraka.
Neotvoreno
Neotvoreni izvori su oni koji nisu u trajno zatvorenoj posudi i naširoko se koriste u medicinske svrhe. Primjenjuju se u slučajevimakada izvor treba otopiti u tekućini za injekciju pacijentu ili gutanje. Također se koriste u industriji na sličan način za otkrivanje curenja kao radioaktivni tragač.
Recikliranje i ekološki aspekti
Odlaganje radioaktivnih izvora kojem je istekao rok trajanja predstavlja slične probleme kao i odlaganje ostalog nuklearnog otpada, iako u manjoj mjeri. Potrošeni izvori niske razine ponekad će biti dovoljno neaktivni da bi se mogli odložiti uobičajenim metodama zbrinjavanja otpada, obično na odlagalištima. Druge metode odlaganja slične su onima koje se koriste za radioaktivni otpad više razine, koristeći različite dubine bušotine ovisno o aktivnosti otpada.
Poznati slučaj nepažljivog rukovanja takvim predmetom bila je nesreća u Goianiji, koja je dovela do smrti nekoliko ljudi.
Pozadinsko zračenje
Pozadinsko zračenje je uvijek prisutno na Zemlji. Većina pozadinskog zračenja dolazi prirodno iz minerala, dok mali dio dolazi od elemenata koje je stvorio čovjek. Prirodni radioaktivni minerali u zemlji, tlu i vodi proizvode pozadinsko zračenje. Ljudsko tijelo čak sadrži neke od ovih prirodnih radioaktivnih minerala. Kozmičko zračenje također pridonosi radijacijskoj pozadini oko nas. Mogu postojati velike varijacije u prirodnim razinama pozadinskog zračenja od mjesta do mjesta, kao i promjene na istom mjestu tijekom vremena. Prirodni radioizotopi su vrlo jaka pozadinaemiteri.
Kozmičko zračenje
Kozmičko zračenje dolazi od iznimno energetskih čestica sa Sunca i zvijezda koje ulaze u Zemljinu atmosferu. Odnosno, ta se nebeska tijela mogu nazvati izvorima radioaktivnog zračenja. Neke čestice udaraju o tlo, dok druge stupaju u interakciju s atmosferom, stvarajući različite vrste zračenja. Razine se povećavaju kako se približavate radioaktivnom objektu, pa se količina kozmičkog zračenja obično povećava proporcionalno usponu. Što je veća visina, to je veća doza. To je razlog zašto oni koji žive u Denveru, Colorado (5280 stopa) primaju veću godišnju dozu radijacije od kozmičkog zračenja od bilo koga tko živi na razini mora (0 stopa).
Iskopavanje urana u Rusiji i dalje je kontroverzna i "vruća" tema, jer je ovaj posao iznimno opasan. Naravno, uran i torij koji se nalaze u zemlji nazivaju se primarnim radionuklidima i izvor su zemaljskog zračenja. Količine urana, torija i njihovih proizvoda raspadanja u tragovima mogu se naći posvuda. Saznajte više o radioaktivnom raspadu. Razine zemaljskog zračenja razlikuju se ovisno o lokaciji, ali područja s višim koncentracijama urana i torija u površinskom tlu obično imaju veće razine doze. Stoga su ljudi uključeni u rudarenje urana u Rusiji izloženi velikom riziku.
Zračenje i ljudi
Tragovi radioaktivnih tvari mogu se naći u ljudskom tijelu (uglavnom prirodni kalij-40). Element se nalazi u hrani, tlu i vodi, što miprihvatiti. Naša tijela sadrže male količine zračenja jer tijelo metabolizira neradioaktivne i radioaktivne oblike kalija i drugih elemenata na isti način.
Mali dio pozadinskog zračenja dolazi od ljudskih aktivnosti. Količine radioaktivnih elemenata u tragovima raspršene su u okoliš kao rezultat testiranja nuklearnog oružja i nesreća poput one koja se dogodila u nuklearnoj elektrani Černobil u Ukrajini. Nuklearni reaktori oslobađaju male količine radioaktivnih elemenata. Radioaktivni materijali koji se koriste u industriji, pa čak iu nekim potrošačkim proizvodima također emitiraju male količine pozadinskog zračenja.
Svi smo svakodnevno izloženi zračenju iz prirodnih izvora, poput minerala u zemlji, i izvora koje je napravio čovjek, kao što su medicinske x-zrake. Prema Nacionalnom vijeću za zaštitu i mjerenje zračenja (NCRP), prosječna godišnja izloženost ljudi zračenju u Sjedinjenim Državama iznosi 620 millirema (6,2 milisieverta).
U prirodi
Radioaktivne tvari se često nalaze u prirodi. Neki od njih nalaze se u tlu, stijenama, vodi, zraku i vegetaciji iz koje se udišu i gutaju. Osim ove unutarnje izloženosti, ljudi također dobivaju vanjsku izloženost od radioaktivnih materijala koji ostaju izvan tijela i od kozmičkog zračenja iz svemira. Prosječna dnevna prirodna doza za ljude je oko 2,4 mSv (240 mrem) godišnje.
Ovo je četiri puta višeglobalna prosječna izloženost umjetnom zračenju u svijetu, koja je 2008. godine iznosila oko 0,6 mrem (60 Rem) godišnje. U nekim bogatim zemljama, poput SAD-a i Japana, umjetna izloženost u prosjeku premašuje prirodnu izloženost zbog većeg pristupa specifičnim medicinskim instrumentima. U Europi se prosječna prirodna pozadinska izloženost u zemljama kreće od 2 mSv (200 mrem) godišnje u Ujedinjenom Kraljevstvu do preko 7 mSv (700 mrem) za neke grupe ljudi u Finskoj.
Dnevna izloženost
Izloženost prirodnim izvorima sastavni je dio svakodnevnog života kako na poslu tako i na javnim mjestima. Takve izloženosti su u većini slučajeva malo ili nimalo zabrinjavajuće za javnost, ali u određenim situacijama moraju se uzeti u obzir mjere zdravstvene zaštite, na primjer pri radu s rudama urana i torija i drugim prirodnim radioaktivnim materijalima (NORM). Ove su situacije posljednjih godina u središtu pozornosti Agencije. I to, ne spominjući primjere nesreća s ispuštanjem radioaktivnih tvari, poput katastrofe u nuklearnoj elektrani Černobil i u Fukušimi, koja je natjerala znanstvenike i političare diljem svijeta da preispitaju svoj stav prema "mirnom atomu".
Zračenje Zemlje
Zračenje Zemlje uključuje samo izvore koji ostaju izvan tijela. Ali istodobno i dalje ostaju opasni radioaktivni izvori zračenja. Glavni radionuklidi koji izazivaju zabrinutost su kalij, uran i torij, proizvodi njihovog raspadanja. Ineki, kao što su radij i radon, su visoko radioaktivni, ali se javljaju u niskim koncentracijama. Broj ovih objekata neumitno se smanjivao od nastanka Zemlje. Trenutna aktivnost zračenja povezana s prisutnošću urana-238 upola je manja nego na početku postojanja našeg planeta. To je zbog njegovog poluraspada od 4,5 milijardi godina, a za kalij-40 (poluživot od 1,25 milijardi godina) iznosi samo oko 8% originala. Ali tijekom postojanja čovječanstva, količina radijacije se vrlo malo smanjila.
Mnogi izotopi s kraćim poluživotom (i stoga visokom radioaktivnošću) nisu se raspali zbog svoje stalne prirodne proizvodnje. Primjeri za to su radij-226 (proizvod raspada torija-230 u lancu raspada urana-238) i radon-222 (proizvod raspada radija-226 u tom lancu).
Torij i uran
Radioaktivni kemijski elementi torij i uran uglavnom prolaze alfa i beta raspad i nije ih lako otkriti. To ih čini vrlo opasnima. Međutim, isto se može reći i za protonsko zračenje. Međutim, mnogi od njihovih bočnih derivata ovih elemenata također su jaki gama emiteri. Torij-232 je detektiran s vrhom od 239 keV iz olova-212, 511, 583 i 2614 keV iz talija-208 i 911 i 969 keV iz aktinija-228. Radioaktivni kemijski element Uran-238 pojavljuje se kao vrh bizmuta-214 na 609, 1120 i 1764 keV (vidi isti vrh za atmosferski radon). Kalij-40 se detektira izravno kroz 1461 gama vrhkeV.
Razina iznad mora i drugih velikih vodenih površina obično je oko desetine Zemljine pozadine. Suprotno tome, obalna područja (i regije u blizini slatke vode) mogu imati dodatni doprinos rasutom sedimentu.
Radon
Najveći izvor radioaktivnog zračenja u prirodi je radon u zraku, radioaktivni plin koji se oslobađa iz zemlje. Radon i njegovi izotopi, izvorni radionuklidi i produkti raspada doprinose prosječnoj dozi koja se može udahnuti od 1,26 mSv/godišnje (milisivert godišnje). Radon je neravnomjerno raspoređen i varira s vremenskim prilikama, tako da se u mnogim dijelovima svijeta koriste mnogo veće doze gdje predstavlja značajnu opasnost po zdravlje. Koncentracije 500 puta veće od svjetskog prosjeka pronađene su unutar zgrada u Skandinaviji, Sjedinjenim Državama, Iranu i Češkoj. Radon je produkt raspada urana koji je relativno čest u zemljinoj kori, ali je više koncentriran u rudonosnim stijenama raštrkanim diljem svijeta. Radon curi iz ovih ruda u atmosferu ili podzemne vode, a također prodire u zgrade. Može se udahnuti u pluća zajedno s produktima raspadanja, gdje će ostati neko vrijeme nakon izlaganja. Iz tog razloga, radon je klasificiran kao prirodni izvor zračenja.
Izloženost radonu
Iako se radon javlja prirodno, njegovi učinci mogu se povećati ili smanjiti ljudskim aktivnostima, kao što je izgradnja kuće. Loše zatvoren podrumDobro izolirana kuća može dovesti do nakupljanja radona u kući, dovodeći njezine stanovnike u opasnost. Široka gradnja dobro izoliranih i zatvorenih domova u industrijaliziranim zemljama sjevera rezultirala je time da je radon postao glavni izvor pozadinskog zračenja u nekim zajednicama u sjevernoj Sjevernoj Americi i Europi. Neki građevinski materijali, kao što je lagani beton sa stipsom iz škriljevca, fosfogipsom i talijanskim tufom, mogu ispuštati radon ako sadrže radij i porozni su za plin.
Izloženost radonu je neizravna. Radon ima kratko vrijeme poluraspada (4 dana) i raspada se na druge čvrste čestice radioaktivnih nuklida serije radija. Ti radioaktivni elementi se udišu i ostaju u plućima, uzrokujući produljeno izlaganje. Stoga se smatra da je radon drugi vodeći uzrok raka pluća nakon pušenja i odgovoran je za između 15.000 i 22.000 smrti od raka godišnje samo u SAD-u. Međutim, rasprava o suprotnim eksperimentalnim rezultatima još uvijek traje.
Većinu atmosferske pozadine uzrokuju radon i proizvodi njegovog raspadanja. Gama spektar pokazuje primjetne vrhove na 609, 1120 i 1764 keV, koji pripadaju bizmutu-214, produktu raspada radona. Atmosferska pozadina jako ovisi o smjeru vjetra i meteorološkim uvjetima. Radon se također može ispuštati iz zemlje u naletima i tada formirati "radonske oblake" koji mogu putovati desetke kilometara.
pozadina prostora
Zemlja i sva živa bića na njoj su stalnobombardiran zračenjem iz svemira. Ovo zračenje se uglavnom sastoji od pozitivno nabijenih iona, od protona do željeza, i većih jezgri proizvedenih izvan našeg Sunčevog sustava. Ovo zračenje stupa u interakciju s atomima u atmosferi, stvarajući sekundarni protok zraka, uključujući X-zrake, mione, protone, alfa čestice, pione, elektrone i neutrone.
Izravna doza kozmičkog zračenja uglavnom dolazi od miona, neutrona i elektrona, a varira u različitim dijelovima svijeta ovisno o geomagnetskom polju i nadmorskoj visini. Na primjer, grad Denver u Sjedinjenim Državama (na nadmorskoj visini od 1650 metara) prima otprilike dvostruko veću dozu kozmičkih zraka nego u točki na razini mora.
Ovo zračenje je mnogo jače u gornjoj troposferi na oko 10 km i stoga je posebno zabrinjavajuće za članove posade i redovite putnike koji provode mnogo sati godišnje u ovom okruženju. Tijekom svojih letova, zrakoplovne posade obično primaju dodatnu radnu dozu u rasponu od 2,2 mSv (220 mrem) godišnje do 2,19 mSv/godišnje, prema različitim studijama.
Zračenje u orbiti
Slično, kozmičke zrake uzrokuju veću pozadinu izloženosti astronautima nego ljudima na površini Zemlje. Astronauti koji rade u niskim orbitama, poput zaposlenika međunarodnih svemirskih postaja ili šatlova, djelomično su zaštićeni Zemljinim magnetskim poljem, ali pate i od takozvanog Van Allenova pojasa koji je rezultat Zemljinog magnetskog polja. Izvan niske Zemljine orbite, kaokoje su iskusili astronauti Apolla koji putuju na Mjesec, ovo pozadinsko zračenje je mnogo intenzivnije i predstavlja značajnu prepreku potencijalnom budućem dugoročnom istraživanju Mjeseca ili Marsa.
Kozmički utjecaji također uzrokuju elementarnu transmutaciju u atmosferi, u kojoj se sekundarno zračenje koje oni stvaraju kombiniraju s atomskim jezgrama u atmosferi, tvoreći različite nuklide. Mogu se proizvesti mnogi takozvani kozmogeni nuklidi, no vjerojatno najznačajniji je ugljik-14, koji nastaje interakcijom s atomima dušika. Ovi kozmogeni nuklidi na kraju dospiju na površinu Zemlje i mogu se ugraditi u žive organizme. Proizvodnja ovih nuklida neznatno varira tijekom kratkoročnih metamorfoza sunčevog toka, ali se smatra praktički konstantnom u velikim razmjerima - od tisuća do milijuna godina. Konstantna proizvodnja, inkorporacija i relativno kratko vrijeme poluraspada ugljika-14 su principi koji se koriste u radiokarbonskom datiranju drevnih bioloških materijala kao što su drveni artefakti ili ljudski ostaci.
Gama zraci
Kozmičko zračenje na razini mora obično se pojavljuje kao gama zračenje od 511 keV od anihilacije pozitrona nastalo nuklearnim reakcijama visokoenergetskih čestica i gama zraka. Na velikim visinama doprinosi i kontinuirani spektar kočnog zračenja. Stoga se među znanstvenicima pitanje sunčevog zračenja i radijacijske ravnoteže smatra vrlo važnim.
Zračenje unutar tijela
Dva najvažnija elementa koji čine ljudsko tijelo, a to su kalij i ugljik, sadrže izotope koji uvelike povećavaju našu pozadinsku dozu zračenja. To znači da mogu biti i izvori radioaktivnog zračenja.
Opasni kemijski elementi i spojevi imaju tendenciju nakupljanja. Prosječno ljudsko tijelo sadrži oko 17 miligrama kalija-40 (40K) i oko 24 nanograma (10-8 g) ugljika-14 (14C) (poluživot - 5730 godina). Isključujući unutarnju kontaminaciju vanjskim radioaktivnim materijalima, ova dva elementa su najveće komponente unutarnje izloženosti biološki funkcionalnim komponentama ljudskog tijela. Oko 4000 jezgri se raspada pri 40K u sekundi i isto toliko pri 14C. Energija beta čestica formiranih pri 40K je približno 10 puta veća od energije beta čestica formiranih pri 14C.
14C prisutan je u ljudskom tijelu na oko 3700 Bq (0,1 µCi) s biološkim poluživotom od 40 dana. To znači da raspad 14C proizvodi oko 3700 beta čestica u sekundi. Otprilike polovica ljudskih stanica sadrži atom 14C.
Globalna prosječna interna doza radionuklida osim radona i njegovih produkata raspadanja je 0,29 mSv/god, od čega je 0,17 mSv/god pri 40K, 0,12 mSv/god dolazi iz serije urana i torija, i 12 μSv godine - od 14C. Također je vrijedno napomenuti da su medicinski rendgenski aparati također čestoradioaktivno, ali njihovo zračenje nije opasno za ljude.
