Радіоактивне джерело — це певна кількість радіонукліда, що випускає іонізуюче випромінювання. Останнє зазвичай включає гамма-промені, альфа — і бета-частинки, нейтронне випромінювання.

Роль джерел

Вони можуть застосовуватися для опромінення, коли випромінювання виконує іонізуючу функцію, або в якості джерела метрологічної радіації для калібрування радіометричного процесу і контрольно-вимірювальних приладів. Вони також використовуються для моніторингу промислових процесів, таких як вимірювання товщини в паперовій та сталеливарної промисловості. Джерела можуть бути запечатані в контейнері (высокопроникающее випромінювання) або відкладені на поверхні (слабопроникающее випромінювання), або знаходяться в рідині.

Значення і застосування

В якості джерела опромінення вони використовуються в медицині для променевої терапії та у промисловості для рентгенографії, опромінення харчових продуктів, стерилізації, дезінсекції паразитів і зшивання опроміненням ПВХ.

Радіонукліди

Радіонукліди вибираються у відповідності з типом і характером випромінювання, його інтенсивності та періодом напіврозпаду. Звичайні джерела радіонуклідів включають кобальт-60, іридій-192 і стронцій-90. Виміром кількості SI джерела активності є Беккерель, хоча історична одиниця Кюрі все ще знаходиться в частковому використанні, наприклад, в США, незважаючи на те, що NIST США настійно рекомендує використовувати одиницю СІ. Для цілей охорони здоров’я вона є обов’язковою в ЄС.

Час існування

Джерело опромінення зазвичай живе від 5 до 15 років, перш ніж його активність знижується до безпечного рівня. Однак при наявності радіонуклідів з тривалим періодом напіврозпаду при застосуванні в якості засобів калібрування вони можуть використовуватися набагато довше.

Закриті і приховані

Багато закриті радіоактивні джерела. Це означає, що вони постійно або повністю містяться в капсулі, або міцно пов’язані твердим речовиною з поверхнею. Капсули зазвичай виготовляються з нержавіючої сталі, титану, платини або іншого інертного металу. Використання закритих джерел усуває практично весь ризик розсіювання радіоактивного матеріалу в навколишнє середовище через неправильне поводження, але контейнер не призначений для ослаблення випромінювання, тому для радіаційного захисту потрібне додаткове екранування. Закриті також використовуються практично у всіх випадках, коли не потрібно хімічного або фізичного включення в рідину або газ.

Закриті джерела класифікуються МАГАТЕ у відповідності з їх діяльністю щодо мінімально небезпечного радіоактивного об’єкта (який може завдати істотної шкоди людям). Використовується співвідношення A/ D, де A — активність джерела, а D — мінімальна небезпечна активність.

Зверніть увагу, що джерела з досить низьким радіоактивним виходом (наприклад, використовувані в детектори диму), щоб не завдавати шкоди людям, які не класифікуються.

Капсульні

Капсульні джерела, де випромінювання ефективно виходить із точки, що використовуються для калібрування бета-, гамма — та рентгенівських приладів. Останнім часом вони непопулярні і як промислові об’єкти, і як об’єкти для вивчення.

Пластинчасті джерела

Вони широко використовуються для калібрування приладів радіоактивного забруднення. Тобто, по суті, виконують роль своєрідних нерукотворних лічильників.

На відміну від капсульного джерела, фон, який випромінює пластинчастий, повинен знаходитися на поверхні, щоб запобігти загасання контейнера або самоэкранирование з-за специфіки матеріалу. Це особливо важливо для альфа-частинок, які легко зупиняються невеликою масою. Крива Брегга показує ефект загасання в атмосферному повітрі.

Нерозпечатані

Нерозпечатані джерела — це ті, які не знаходяться в постійно закритому контейнері і широко використовуються в медичних цілях. Вони застосовуються в тих випадках, коли джерело необхідно розчинити в рідині для ін’єкції пацієнту або прийому всередину. Вони також використовуються в промисловості аналогічним чином для виявлення витоків як радіоактивний індикатор.

Утилізація та екологічний аспект

Утилізація радіоактивних джерел з вичерпаним терміном придатності створює аналогічні проблеми при утилізації інших ядерних відходів, хоча і в меншій мірі. Відпрацьовані джерела низького рівня іноді досить неактивними, щоб їх можна було утилізувати за допомогою звичайних методів видалення відходів, як правило, на звалищах. Інші методи захоронення аналогічні тим, які застосовуються для радіоактивних відходів більш високого рівня, з використанням різної глибини свердловини в залежності від активності відходів.

Відомим випадком недбалого поводження з таким об’єктом стала аварія в Гоянії, яка призвела до загибелі кількох чоловік.

Фонове випромінювання

Фонове випромінювання присутній на Землі завжди. Велика частина фонового випромінювання відбувається природним шляхом від мінералів, а невелика частина — від штучних елементів. Природні радіоактивні мінерали в землі, ґрунті та воді виробляють фонове випромінювання. Людське тіло навіть містить деякі з цих природних радіоактивних мінералів. Космічне випромінювання також сприяє виникненню радіаційного фону навколо нас. Можуть бути великі відмінності в рівнях природного фонового випромінювання від місця до місця, а також зміни в одній і тій же локації з плином часу. Природні радіоізотопи є досить сильними фоновими випромінювачами.

Дивіться також:  "Такі справи з кондачка не вирішуються." "Кондачок" - це що?

Космічне випромінювання

Космічне випромінювання виходить від надзвичайно енергетичних частинок Сонця і зірок, які потрапляють в атмосферу Землі. Тобто зазначені небесні тіла можна назвати джерелами радіоактивного випромінювання. Деякі частинки потрапляють на землю, а інші взаємодіють з атмосферою, створюючи різні види випромінювання. Рівні збільшуються по мірі наближення до радіоактивного об’єкту, тому кількість космічного випромінювання зазвичай збільшується пропорційно набору висоти. Чим більше показник висоти, тим вища доза. Ось чому ті, хто живе в Денвері, штат Колорадо (висота 5 280 футів), отримують більш високу річну дозу радіації від космічного випромінювання, ніж хто-небудь, хто живе на рівні моря (висота 0 футів).

Видобуток урану в Росії залишається спірною і «гарячою» темою, адже ця робота вкрай небезпечна. Природно, що уран і торій, знайдені в землі, називаються первинними радіонуклідами і є джерелом земної випромінювання. Слідові кількості урану, торію і продуктів їх розпаду можна знайти всюди. Дізнайтеся більше про радіоактивному розпаді. Рівні земної радіації варіюються залежно від місця розташування, але в областях з більш високими концентраціями урану і торію у поверхневих грунтах зазвичай спостерігаються більш високі рівні доз. Тому люди, що займаються видобутком урану в Росії, піддаються великому ризику.

Радіація і люди

Сліди радіоактивних речовин можуть бути знайдені в людському організмі (в основному це природний калій-40). Елемент міститься в їжі, грунті і воді, яку ми приймаємо. Наші тіла містять невелику кількість радіації, тому що організм метаболізує нерадіоактивні і радіоактивні форми калію та інших елементів таким же чином.

Невелика частка фонового випромінювання походить від людської діяльності. Слідові кількості радіоактивних елементів розсіялися в навколишньому середовищі в результаті випробувань ядерної зброї та аварій, подібних тій, що сталася на Чорнобильській АЕС в Україні. Ядерні реактори виділяють невелику кількість радіоактивних елементів. Радіоактивні матеріали, що використовуються у промисловості і навіть у деяких товарах, також є джерелом невеликих кількостей фонового випромінювання.

Всі ми піддаємося впливу радіації кожен день від природних джерел, таких як мінерали в землі, і штучних, наприклад, медичне рентгенівське випромінювання. За даними Національної ради з радіаційного захисту і вимірів (NCRP), середньорічна доза опромінення на людину в США становить 620 миллибэр (6,2 мілізіверта).

У природі

Радіоактивні речовини часто зустрічаються в природі. Деякі їх кількості є у землі, камінні, воді, повітрі і рослинності, з яких вони вдихаються і потрапляють в організм. На додаток до цього внутрішнього опромінення люди також отримують зовнішнє — від радіоактивних матеріалів, які залишаються поза тіла, і від космічного випромінювання з космосу. Середньодобова природна доза для людини становить близько 2,4 мЗв (240 мбер) в рік.

Це в чотири рази перевищує среднемировое вплив штучного випромінювання в світі, яке у 2008 році становило близько 0,6 мбер (60 Rem) в рік. У деяких багатих країнах, таких як США і Японія, штучне опромінення в середньому перевищує природне більш широкого доступу до специфічних медичним інструментальним дослідженням. В Європі середня природне фонове вплив по країнах коливається від 2 мЗв (200 мбер) в рік у З’єднаному Королівстві до більш, ніж 7 мЗв (700 мбер) для деяких груп людей у Фінляндії.

Повсякденне опромінення

Опромінення від природних джерел є невід’ємною частиною повсякденного життя як на роботі, так і в громадських місцях. Таке опромінення в більшості випадків мало або зовсім не турбує суспільство, але в певних ситуаціях необхідно враховувати заходи щодо захисту здоров’я, наприклад, при роботі з урановими і ториевыми рудами і іншими радіоактивними матеріалами природного походження (NORM). Ці ситуації стали об’єктом підвищеної уваги Агентства в останні роки. І це, якщо не згадувати про приклади аварій з викидом радіоактивних речовин, таких як катастрофа на Чорнобильській АЕС і на Фукусімі, які змусили вчених і політиків всього світу переглянути своє ставлення до «мирного атому».

Земне випромінювання

Земне випромінювання включає тільки ті джерела, які залишаються зовнішніми по відношенню до тіла. Але вони при цьому продовжують бути небезпечними радіоактивними джерелами випромінювання. Основними радіонуклідами, що викликають заклопотаність, є калій, уран і торій, продукти їх розпаду. Причому деякі, такі як радій і радон, сильно радіоактивні, але зустрічаються в низьких концентраціях. Кількість цих об’єктів невблаганно скорочується з моменту утворення Землі. Нинішня радіаційна активність, пов’язана з наявністю урану-238, вдвічі менше, ніж на початку існування нашої планети. Це відбувається з-за його періоду напіврозпаду, що становить 4,5 мільярда років, а для калію-40 (період напіврозпаду 1,25 мільярда років) становить лише близько 8 % від вихідного. Але за час існування людства кількість радіації зменшилася дуже незначно.

Дивіться також:  Метод кластеризації: опис, основні поняття, особливості застосування

Багато ізотопи з більш коротким періодом напіврозпаду (і, отже, високою радіоактивністю) не розпалися через їх постійного природного виробництва. Прикладами цього є радій-226 (продукт розпаду торію-230 в ланцюзі розпаду урану-238) і радон-222 (продукт розпаду радію-226 у зазначеній ланцюга).

Торій і уран

Радіоактивні хімічні елементи торій і уран в основному піддаються альфа — і бета-розпаду, і їх нелегко виявити. Це робить їх дуже небезпечними. Втім, те ж саме можна сказати і про протонному випромінюванні. Однак багато хто з їх побічних похідних цих елементів також є сильними гама-випромінювачами. Торій-232 виявляється з допомогою піку 239 кев від свинцю-212, 511, 583 і 2614 кев від талія-208 і 911 і 969 кев від актинія-228. Радіоактивний хімічний елемент Уран-238 проявляється як піки вісмуту-214 у 609, 1120 і 1764 кев (див. Той же пік для атмосферного радону). Калій-40 виявляється безпосередньо через гамма-пік 1461 кев.

Рівень над морем та іншими великими водоймами має тенденцію становити близько десятої частини земної фону. І навпаки, прибережні райони і регіони біля прісної води) можуть мати додатковий внесок від розсіяного осаду.

Радон

Найбільшим джерелом радіоактивного випромінювання в природі є що знаходиться в повітрі радон — радіоактивний газ, що виділяється з землі. Радон і його ізотопи, вихідні радіонукліди і продукти розпаду вносять вклад в середню вдыхаемую дозу 1,26 мЗв/ рік (мілізіверт на рік). Радон розподіляється нерівномірно і змінюється в залежності від погоди, так що набагато більш високі дози застосовуються у багатьох районах світу, де він становить значну небезпеку для здоров’я. Концентрації в 500 разів перевищують середні світові, були виявлені усередині будівель в Скандинавії, США, Ірані та Чеській Республіці. Радон є продуктом розпаду урану, який відносно поширений у земній корі, але більш концентрований в рудоносних породах, розкиданих по всьому світу. Радон просочується з цих руд у атмосферу або у ґрунтові води, а також проникає в будівлі. Він може вдихати в легені разом із продуктами розпаду, де вони будуть перебувати протягом деякого часу після впливу. З цієї причини радон відносять до природних джерел радіації.

Опромінення від радону

Хоча радон зустрічається в природі, його дія може бути посилена або зменшено в результаті діяльності людини, зокрема, будівництва будинку. Погано запечатаний підвал в будинку з гарною ізоляцією може призвести до накопичення радону в житловому приміщенні, піддаючи його жителів ризику. Широко поширене будівництво добре ізольованих і герметичних будинків в промислово розвинених країнах на півночі призвело до того, що радон став основним джерелом фонового випромінювання в деяких населених пунктах в північній частині північної Америки і Європи. Деякі будівельні матеріали, наприклад, легкий бетон з галуном сланцю, фосфогіпсу та італійським туфом, можуть виділяти радон, якщо вони містять радій і пористи для газу.

Радіаційне опромінення від радону є непрямим. Радон має короткий період напіврозпаду (4 дні) і розпадається на інші тверді частинки радіоактивних нуклідів серії радію. Ці радіоактивні елементи вдихаються і залишаються в легенях, викликаючи тривале опромінення. Таким чином, вважається, що радон є другою за значимістю причиною раку легенів після куріння, і на нього припадає від 15 000 до 22 000 випадків смерті від раку на рік тільки в США. Проте дискусія про протилежні результати експериментальних і раніше ведеться.

Велика частина атмосферної фону викликана радоном і продуктами його розпаду. Гамма-спектр показує помітні піки при 609, 1 120 1 764 кев, що належать висмуту-214, продукту розпаду радону. Атмосферний фон сильно залежить від напрямку вітру і метеорологічних умов. Радон також може вивільнятися з землі сплесками і потім утворювати «радонові хмари», здатні долати десятки кілометрів.

Космічний фон

Земля і все живе на ній постійно бомбардируется випромінюванням з космосу. Це випромінювання в основному складається з позитивно заряджених іонів: від протонів до заліза, і більш великих ядер, одержаних за межами нашої Сонячної системи. Це випромінювання взаємодіє з атомами в атмосфері, створюючи вторинний повітряний потік, включаючи рентгенівські промені, мюоны, протони, альфа-частинки, півонії, електрони і нейтрони.

Дивіться також:  Всі формули прискорення. Види прискорення

Безпосередня доза космічного випромінювання в основному виходить від мюонів, нейтронів і електронів, і вона варіюється в різних частинах світу залежності від геомагнітного поля і висоти. Наприклад, місто Денвер в Сполучених Штатах (на висоті 1 650 метрів) отримує дозу космічних променів приблизно в два рази більше, ніж у точці на рівні моря.

Це випромінювання набагато інтенсивніше у верхній тропосфері на висоті близько 10 км і, таким чином, викликає особливу стурбованість у членів екіпажу і постійних пасажирів, які проводять багато годин в рік в цьому середовищі. Під час своїх польотів екіпажі авіакомпаній зазвичай отримують додаткову професійну дозу від 2,2 мЗв (220 мбер) в рік до 2,19 мЗв/ рік, згідно з різними дослідженнями.

Радіація на орбіті

Точно так само космічні промені викликають більш високу фонову експозицію у астронавтів, ніж людей на поверхні Землі. Космонавти, які працюють на низьких орбітах, такі як співробітники міжнародних космічних станцій або човників, частково захищені магнітним полем Землі, але також страждають від так званого пояси Ван Аллена, який є результатом впливу магнітного поля Землі. За межами низької навколоземної орбіти, як відчували астронавти Аполлона, які подорожували на Місяць, це фонове випромінювання значно інтенсивніше і являє собою значну перешкоду для потенційного майбутнього довгострокового дослідження людиною Місяця або Марса.

Космічні впливи також викликають елементну трансмутацию в атмосфері, при якій вторинне випромінювання, що генерується ними ж, об’єднується з атомними ядрами в атмосфері, утворюючи різні нукліди. Можна отримати багато так званих космогенных нуклідів, але, ймовірно, найбільш помітним є вуглець-14, який утворюється при взаємодії з атомами азоту. Ці космогенні радіонукліди в кінцевому підсумку досягають поверхні Землі і можуть бути включені в живі організми. Виробництво цих нуклідів незначно змінюється при короткочасних метаморфозах потоку сонячних променів, але вважається практично постійним на великих масштабах — від тисяч до мільйонів років. Постійне виробництво, входження до складу організмів і відносно короткий період напіврозпаду вуглецю-14 є принципами, використовуваними при радіовуглецевому датування стародавніх біологічних матеріалів, таких як дерев’яні артефакти або людські останки.

Гамма-випромінювання

Космічне випромінювання на рівні моря зазвичай проявляється як гамма-випромінювання з енергією 511 кев в результаті анігіляції позитронів, створеної ядерними реакціями частинок високих енергій і гамма-променів. На великих висотах також є внесок безперервного спектра гальмівного випромінювання. Тому серед науковців вважається дуже важливим питання сонячної радіації і радіаційного балансу.

Радіація всередині організму

Два найважливіших елементи, з яких складається організм людини, а саме калій і вуглець, що містять ізотопи, які значно збільшують нашу фонову дозу радіації. Це означає, що вони також можуть бути джерелами радіоактивного випромінювання.

Небезпечні хімічні елементи і сполуки мають властивість накопичуватися. В організмі середньостатистичного людини міститься близько 17 міліграмів калію-40 (40К) і близько 24 нанограммов (10-8 м) вуглецю-14 (14С) (період напіврозпаду — 5 730 років). Крім внутрішнє забруднення зовнішніми радіоактивними матеріалами, ці два елементи є найбільшими компонентами внутрішнього опромінення біологічно функціональних компонентів людського організму. Близько 4 000 ядер з частотою 40K в секунду розпадаються і така ж кількість при 14C. Енергія бета-частинок, що утворюються при 40К, приблизно в 10 разів більше, ніж у бета-частинок, що утворюються при 14С.

14C присутній в організмі людини на рівні близько 3 700 Бк (0,1 мкКи) з біологічним періодом напіврозпаду 40 днів. Це означає, що в результаті розпаду 14C утворюється близько 3 700 бета-частинок в секунду. Приблизно половина людських клітин містить атом 14C.

Середня глобальна внутрішня доза радіонуклідів, відмінних від радону і продуктів його розпаду, становить 0,29 мЗв/ рік, з яких 0,17 мЗв/ рік припадає на 40K, 0,12 мЗв/ рік надходить із серії уран і торій, а 12 мкЗв/ рік — від 14C. Варто також відзначити, що медичні рентгенівські апарати теж часто радіоактивні, але їх радіація не небезпечна для людини.