Dünyadaki yaşam tarihi boyunca, organizmalar sürekli olarak kozmik ışınlara ve bunların atmosferde oluşturdukları radyonüklidlere ve ayrıca doğada her yerde bulunan maddelerden gelen radyasyona maruz kaldılar. Modern yaşam, doğal X-ışınları kaynakları da dahil olmak üzere çevrenin tüm özelliklerine ve sınırlamalarına uyum sağlamıştır.
Yüksek düzeyde radyasyon organizmalar için kesinlikle zararlı olsa da, belirli radyasyon türleri yaşam için gereklidir. Örneğin, radyasyon arka planı, kimyasal ve biyolojik evrimin temel süreçlerine katkıda bulunmuştur. Ayrıca, Dünya'nın çekirdeğinin ısısının birincil, doğal radyonüklidlerin bozunma ısısı tarafından sağlandığı ve korunduğu da açıktır.
Kozmik ışınlar
Dünyayı sürekli bombalayan dünya dışı kaynaklı radyasyona denir.boşluk.
Nüfuz eden bu radyasyonun gezegenimize Dünya'dan değil, uzaydan geldiği gerçeği, deniz seviyesinden 9000 m'ye kadar çeşitli irtifalarda iyonlaşmayı ölçmek için yapılan deneylerde keşfedildi. 700 m yüksekliğe kadar alçalmış, ardından tırmanışla hızla yükselmiştir. İlk düşüş, karasal gama ışınlarının yoğunluğundaki bir azalma ve kozmik ışınların etkisiyle bir artış ile açıklanabilir.
Uzaydaki X-ışını kaynakları aşağıdaki gibidir:
- galaksi grupları;
- Seyfert galaksileri;
- Güneş;
- yıldızlar;
- kuasarlar;
- kara delikler;
- süpernova kalıntıları;
- beyaz cüceler;
- karanlık yıldızlar, vb.
Örneğin, bu tür radyasyonun kanıtı, güneş patlamalarından sonra Dünya'da gözlemlenen kozmik ışınların yoğunluğundaki artıştır. Ancak yıldızımız günlük değişimleri çok küçük olduğu için toplam akışa asıl katkıyı sağlamaz.
İki tür ışın
Kozmik ışınlar birincil ve ikincil olarak ayrılır. Atmosferdeki, litosferdeki veya Dünya'nın hidrosferindeki madde ile etkileşime girmeyen radyasyona birincil denir. Protonlardan (≈ %85) ve alfa parçacıklarından (≈ 14%), çok daha küçük akışlardan (< %1) daha ağır çekirdeklerden oluşur. Radyasyon kaynakları birincil radyasyon ve atmosfer olan ikincil kozmik x-ışınları, pionlar, müonlar ve atom altı parçacıklardan oluşur.elektronlar. Deniz seviyesinde gözlemlenen radyasyonun neredeyse tamamı, %68'i müon ve %30'u elektron olan ikincil kozmik ışınlardan oluşur. Deniz seviyesindeki akışın %1'den azı protonlardan oluşur.
Birincil kozmik ışınlar, kural olarak, devasa bir kinetik enerjiye sahiptir. Pozitif yüklüdürler ve manyetik alanlarda hızlanarak enerji kazanırlar. Uzay boşluğunda, yüklü parçacıklar uzun süre var olabilir ve milyonlarca ışıkyılı seyahat edebilir. Bu uçuş sırasında, 2-30 GeV (1 GeV=109 eV) düzeyinde yüksek kinetik enerji elde ederler. Bireysel parçacıkların 1010 GeV.'a kadar enerjileri vardır.
Birincil kozmik ışınların yüksek enerjileri, çarpıştıklarında dünya atmosferindeki atomları kelimenin tam anlamıyla bölmelerine olanak tanır. Nötronlar, protonlar ve atom altı parçacıkların yanı sıra hidrojen, helyum ve berilyum gibi hafif elementler de oluşturulabilir. Müonlar her zaman yüklüdür ve ayrıca hızla elektronlara veya pozitronlara bozunurlar.
Manyetik Kalkan
Kozmik ışınların yoğunluğu, yaklaşık 20 km yükseklikte maksimuma ulaşana kadar yükselişle keskin bir şekilde artar. 20 km'den atmosfer sınırına kadar (50 km'ye kadar) yoğunluk azalır.
Bu model, hava yoğunluğundaki artışın bir sonucu olarak ikincil radyasyon üretimindeki artışla açıklanmaktadır. 20 km yükseklikte, birincil radyasyonun çoğu zaten etkileşime girmiştir ve yoğunluğun 20 km'den deniz seviyesine düşmesi ikincil ışınların emilimini yansıtır.atmosfer, yaklaşık 10 metre suya eşittir.
Radyasyonun yoğunluğu aynı zamanda enlemle de ilgilidir. Aynı yükseklikte, kozmik akış ekvatordan 50-60° enlemine doğru artar ve kutuplara kadar sabit kalır. Bu, Dünya'nın manyetik alanının şekli ve birincil radyasyonun enerjisinin dağılımı ile açıklanır. Atmosferin ötesine uzanan manyetik alan çizgileri genellikle ekvatorda dünya yüzeyine paralel ve kutuplarda diktir. Yüklü parçacıklar, manyetik alanın çizgileri boyunca kolayca hareket eder, ancak enine yönde zorlukla üstesinden gelir. Kutuplardan 60°'ye kadar, neredeyse tüm birincil radyasyon Dünya atmosferine ulaşır ve ekvatorda yalnızca 15 GeV'yi aşan enerjilere sahip parçacıklar manyetik kalkandan geçebilir.
İkincil X-ışını kaynakları
Kozmik ışınların madde ile etkileşiminin bir sonucu olarak, sürekli olarak önemli miktarda radyonüklid üretilir. Çoğu parçadır, ancak bazıları kararlı atomların nötronlar veya müonlar tarafından etkinleştirilmesiyle oluşur. Atmosferdeki radyonüklidlerin doğal üretimi, kozmik radyasyonun yükseklik ve enlemdeki yoğunluğuna karşılık gelir. Bunların yaklaşık %70'i stratosferden ve %30'u troposferden kaynaklanır.
H-3 ve C-14 dışında, radyonüklidler genellikle çok düşük konsantrasyonlarda bulunur. Trityum seyreltilir ve su ve H-2 ile karıştırılır ve C-14 oksijenle birleşerek atmosferik karbondioksit ile karışan CO2 oluşturur. Karbon-14 bitkilere fotosentez yoluyla girer.
Dünya Radyasyonu
Dünya ile oluşan birçok radyonüklidden sadece birkaçının şu anki varlıklarını açıklamaya yetecek kadar uzun yarılanma ömrü vardır. Gezegenimiz yaklaşık 6 milyar yıl önce oluşmuş olsaydı, ölçülebilir miktarlarda kalabilmeleri için en az 100 milyon yıllık bir yarı ömre ihtiyaçları olacaktı. Şimdiye kadar keşfedilen birincil radyonüklidlerden üçü en büyük öneme sahiptir. X-ışını kaynağı K-40, U-238 ve Th-232'dir. Uranyum ve toryumun her biri, neredeyse her zaman orijinal izotopun varlığında bulunan bir bozunma ürünleri zinciri oluşturur. Yavru radyonüklidlerin çoğu kısa ömürlü olsa da, sürekli olarak uzun ömürlü ana materyallerden oluştukları için çevrede yaygındırlar.
Diğer ilkel uzun ömürlü X-ışını kaynakları, kısacası, çok düşük konsantrasyonlardadır. Bunlar Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, vs.'dir. Doğal olarak oluşan nötronlar diğer birçok radyonüklidi oluşturur, ancak konsantrasyonları genellikle çok düşüktür. Afrika, Gabon'daki Oklo taş ocağı, nükleer reaksiyonların gerçekleştiği bir "doğal reaktör"ün kanıtlarını içeriyor. U-235'in tükenmesi ve zengin bir uranyum tortusu içinde fisyon ürünlerinin varlığı, burada yaklaşık 2 milyar yıl önce kendiliğinden indüklenen bir zincirleme reaksiyonun gerçekleştiğini gösteriyor.
İlkel radyonüklidler her yerde bulunsa da, konsantrasyonları konuma göre değişir. AnaDoğal radyoaktivitenin rezervuarı litosferdir. Ek olarak, litosfer içinde önemli ölçüde değişir. Bazen belirli bileşik ve mineral türleri ile ilişkilidir, bazen tamamen bölgeseldir ve kaya ve mineral türleri ile çok az korelasyon gösterir.
Birincil radyonüklidlerin ve onların soy bozunma ürünlerinin doğal ekosistemlerdeki dağılımı, nüklidlerin kimyasal özellikleri, ekosistemin fiziksel faktörleri ve flora ve faunanın fizyolojik ve ekolojik özellikleri dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Ana rezervuarı olan kayaların ayrışması toprağa U, Th ve K sağlar. Th ve U'nun bozunma ürünleri de bu aktarımda yer alır. Topraktan K, Ra, biraz U ve çok az Th bitkiler tarafından emilir. Potasyum-40'ı kararlı K ile aynı şekilde kullanırlar. U-238'in bozunma ürünü olan Radium, bitki tarafından izotop olduğu için değil, kimyasal olarak kalsiyuma yakın olduğu için kullanılır. Bitkiler tarafından uranyum ve toryum alımı, bu radyonüklidler genellikle çözünmez olduklarından genellikle ihmal edilebilir.
Radon
Doğal radyasyon kaynaklarının en önemlisi tatsız, kokusuz element, havadan 8 kat daha ağır olan görünmez bir gaz olan radondur. İki ana izotoptan oluşur - U-238'in bozunma ürünlerinden biri olan radon-222 ve Th-232'nin bozunması sırasında oluşan radon-220.
Kayalar, toprak, bitkiler, hayvanlar atmosfere radon yayar. Gaz, radyumun bozunma ürünüdür ve herhangi bir malzemeden üretilir.hangi onu içerir. Radon inert bir gaz olduğu için atmosferle temas eden yüzeylerden salınabilir. Belirli bir kaya kütlesinden çıkan radon miktarı, radyum miktarına ve yüzey alanına bağlıdır. Kaya ne kadar küçükse, o kadar fazla radon salabilir. Radyum içeren malzemelerin yanındaki havadaki Rn konsantrasyonu da hava hızına bağlıdır. Hava sirkülasyonu zayıf olan bodrum katlarında, mağaralarda ve madenlerde radon konsantrasyonları önemli seviyelere ulaşabilir.
Rn oldukça hızlı bozunur ve birkaç yavru radyonüklid oluşturur. Atmosferde bir kez oluştuktan sonra, radon bozunma ürünleri toprak ve bitkiler üzerinde yerleşen ve ayrıca hayvanlar tarafından solunan ince toz parçacıkları ile birleşir. Yağış özellikle radyoaktif elementleri havadan temizlemede etkilidir, ancak aerosol parçacıklarının etkisi ve çökmesi de bunların birikmesine katkıda bulunur.
Ilıman iklimlerde, iç mekan radon konsantrasyonları, dış mekanlardan ortalama olarak yaklaşık 5 ila 10 kat daha yüksektir.
Son birkaç on yılda, insanoğlu "yapay olarak" yüzlerce radyonüklid, ilişkili X-ışınları, kaynaklar, tıpta, askeriyede, enerji üretiminde, enstrümantasyonda ve maden aramada uygulamaları olan özellikleri üretti.
İnsan yapımı radyasyon kaynaklarının bireysel etkileri büyük ölçüde değişir. Çoğu insan nispeten küçük bir dozda yapay radyasyon alır, ancak bazıları doğal kaynaklardan radyasyonun binlerce katını alır. İnsan yapımı kaynaklar daha iyidirdoğaldan daha kontrollü.
Tıpta röntgen kaynakları
Endüstride ve tıpta, kural olarak, yalnızca saf radyonüklidler kullanılır, bu da depolama alanlarından sızıntı yollarının tanımlanmasını ve bertaraf sürecini kolaylaştırır.
Radyasyonun tıpta kullanımı yaygındır ve önemli bir etki yaratma potansiyeline sahiptir. Tıpta kullanılan X-ışını kaynaklarını içerir:
- teşhis;
- terapi;
- analitik prosedürler;
- pacing.
Tanılama için hem kapalı kaynaklar hem de çok çeşitli radyoaktif izleyiciler kullanılır. Tıp kurumları genellikle bu uygulamaları radyoloji ve nükleer tıp olarak ayırmaktadır.
X-ışını tüpü iyonlaştırıcı radyasyon kaynağı mıdır? Bilgisayarlı tomografi ve florografi, yardımı ile gerçekleştirilen iyi bilinen tanı prosedürleridir. Ek olarak, tıbbi radyografide gama ve beta kaynakları dahil olmak üzere izotop kaynaklarının ve x-ışını makinelerinin uygunsuz, uygunsuz veya tehlikeli olabileceği durumlar için deneysel nötron kaynaklarının birçok uygulaması vardır. Çevresel açıdan bakıldığında, radyografik radyasyon, kaynakları sorumlu tutulduğu ve uygun şekilde bertaraf edildiği sürece bir risk oluşturmaz. Bu bağlamda, radyum elementlerinin, radon iğnelerinin ve radyum içeren ışıldayan bileşiklerin geçmişi cesaret verici değildir.
Yaygın olarak kullanılan X-ışını kaynakları 90Sr'ye dayalıdırveya 147 Pm. Taşınabilir bir nötron üreteci olarak 252Cf'nin ortaya çıkışı, nötron radyografisini yaygın olarak kullanılabilir hale getirdi, ancak genel olarak teknik hala büyük ölçüde nükleer reaktörlerin mevcudiyetine bağlı.
Nükleer Tıp
Temel çevresel tehlikeler, nükleer tıptaki radyoizotop etiketleri ve X-ışını kaynaklarıdır. İstenmeyen etkilere örnekler aşağıdaki gibidir:
- hastanın ışınlanması;
- hastane personelinin ışınlanması;
- radyoaktif ilaçların taşınması sırasında maruz kalma;
- üretim sırasındaki etki;
- radyoaktif atıklara maruz kalma.
Son yıllarda, daha dar bir etkiye sahip daha kısa ömürlü izotopların tanıtılması ve daha fazla lokalize ilaçların kullanılması yoluyla hasta maruziyetini az altmaya yönelik bir eğilim olmuştur.
Daha kısa yarı ömür, radyoaktif atıkların etkisini az altır, çünkü uzun ömürlü elementlerin çoğu böbrekler yoluyla atılır.
Kanalizasyonun çevresel etkisi, hastanın yatarak mı yoksa ayakta mı tedavi gördüğüne bağlı görünmüyor. Salınan radyoaktif elementlerin çoğunun kısa ömürlü olması muhtemel olsa da, kümülatif etki tüm nükleer santrallerin toplam kirlilik düzeylerinin çok üzerindedir.
Tıpta en yaygın kullanılan radyonüklidler X-ışını kaynaklarıdır:
- 99mTc – kafatası ve beyin taraması, beyin kan taraması, kalp, karaciğer, akciğer, tiroid taraması, plasental lokalizasyon;
- 131I - kan, karaciğer taraması, plasental lokalizasyon, tiroid taraması ve tedavisi;
- 51Cr - kırmızı kan hücrelerinin veya sekestrasyonun varlığının süresinin belirlenmesi, kan hacmi;
- 57Co - Schilling testi;
- 32P – kemik metastazları.
Radyoimmunoassay prosedürlerinin, idrar tahlilinin ve etiketli organik bileşiklerin kullanıldığı diğer araştırma yöntemlerinin yaygın olarak kullanılması, sıvı sintilasyon preparatlarının kullanımını önemli ölçüde artırmıştır. Genellikle toluen veya ksilen bazlı organik fosfor çözeltileri, bertaraf edilmesi gereken oldukça büyük bir sıvı organik atık hacmi oluşturur. Sıvı halde işleme potansiyel olarak tehlikelidir ve çevresel olarak kabul edilemez. Bu nedenle atık yakma tercih edilmektedir.
Uzun ömürlü 3H veya 14C ortamda kolayca çözündüğü için maruziyetleri normal aralıktadır. Ancak kümülatif etki önemli olabilir.
Radyonüklidlerin bir başka tıbbi kullanımı, kalp pillerine güç sağlamak için plütonyum pillerin kullanılmasıdır. Bu cihazlar kalplerinin çalışmasına yardımcı olduğu için bugün binlerce insan hayatta. Mühürlü 238Pu (150 GBq) kaynakları hastalara cerrahi olarak implante edilir.
Endüstriyel X-ışınları: kaynaklar, özellikler, uygulamalar
Tıp, elektromanyetik spektrumun bu bölümünün uygulama bulduğu tek alan değil. Endüstride kullanılan radyoizotoplar ve X-ışını kaynakları, teknojenik radyasyon durumunun önemli bir parçasıdır. Uygulama örnekleri:
- endüstriyel radyografi;
- radyasyon ölçümü;
- duman dedektörleri;
- kendini aydınlatan malzemeler;
- X-ışını kristalografisi;
- bagaj ve el bagajını taramak için tarayıcılar;
- x-ışını lazerleri;
- senkrotronlar;
- siklotronlar.
Bu uygulamaların çoğu kapsüllenmiş izotopların kullanımını içerdiğinden, radyasyona maruz kalma nakliye, transfer, bakım ve bertaraf sırasında meydana gelir.
Bir X-ışını tüpü endüstride iyonlaştırıcı radyasyon kaynağı mıdır? Evet, havalimanı tahribatsız muayene sistemlerinde, kristallerin, malzemelerin ve yapıların incelenmesinde ve endüstriyel kontrolde kullanılır. Geçtiğimiz on yıllar boyunca, bilimde ve endüstride radyasyona maruz kalma dozları tıpta bu göstergenin değerinin yarısına ulaştı; dolayısıyla katkı önemlidir.
Kapsüllenmiş X-ışını kaynaklarının kendi başlarına çok az etkisi vardır. Ancak, bir çöplükte kaybolduklarında veya yanlışlıkla atıldıklarında nakliyeleri ve bertarafı endişe vericidir. Bu tür kaynaklarX-ışınları genellikle çift sızdırmaz diskler veya silindirler olarak sağlanır ve kurulur. Kapsüller paslanmaz çelikten yapılmıştır ve sızıntı için periyodik kontrol gerektirir. Bunların bertarafı sorun olabilir. Kısa ömürlü kaynaklar depolanabilir ve bozulabilir, ancak o zaman bile uygun şekilde hesaplanmalı ve kalıntı aktif maddeler lisanslı bir tesiste bertaraf edilmelidir. Aksi takdirde, kapsüller uzman kurumlara gönderilmelidir. Güçleri, X-ışını kaynağının aktif bölümünün malzemesini ve boyutunu belirler.
X-ray kaynağı depolama konumları
Geçmişte radyoaktif malzemelerin depolandığı endüstriyel sitelerin güvenli bir şekilde hizmetten çıkarılması ve dekontaminasyonu büyüyen bir sorundur. Bunlar çoğunlukla eski nükleer yeniden işleme tesisleridir, ancak kendinden ışıklı trityum levhalarının üretimi için tesisler gibi diğer endüstrilerin de dahil edilmesi gerekir.
Yaygın olan uzun ömürlü düşük seviyeli kaynaklar özel bir sorundur. Örneğin, duman dedektörlerinde 241Am kullanılır. Radona ek olarak, bunlar günlük yaşamda X-ışını radyasyonunun ana kaynaklarıdır. Bireysel olarak herhangi bir tehlike oluşturmazlar, ancak önemli bir kısmı gelecekte sorun yaratabilir.
Nükleer patlamalar
Son 50 yılda herkes nükleer silah testlerinin neden olduğu serpintiden radyasyona maruz kaldı. Onların zirvesi1954-1958 ve 1961-1962.
1963'te üç ülke (SSCB, ABD ve Büyük Britanya) atmosferde, okyanusta ve uzayda nükleer testlerin kısmen yasaklanması konusunda bir anlaşma imzaladı. Önümüzdeki yirmi yıl boyunca, Fransa ve Çin, 1980'de sona eren çok daha küçük bir dizi test gerçekleştirdi. Yer altı testleri hala devam ediyor, ancak genellikle yağış üretmiyorlar.
Atmosferik testlerden kaynaklanan radyoaktif kirlilik patlama bölgesinin yakınına düşer. Bazıları troposferde kalır ve rüzgar tarafından dünyanın her yerine aynı enlemde taşınır. Hareket ederken yere düşerler ve havada yaklaşık bir ay kalırlar. Ancak çoğu, kirliliğin aylarca devam ettiği ve gezegende yavaşça battığı stratosfere itilir.
Radyoaktif serpinti birkaç yüz farklı radyonüklid içerir, ancak bunlardan yalnızca birkaçı insan vücudunu etkileyebilir, bu nedenle boyutları çok küçüktür ve bozunma hızlıdır. En önemlileri C-14, Cs-137, Zr-95 ve Sr-90'dır.
Zr-95 64 günlük bir yarı ömre sahiptir, Cs-137 ve Sr-90 ise yaklaşık 30 yıldır. Yalnızca 5730 yarılanma ömrüne sahip karbon-14, gelecekte çok aktif kalacaktır.
Nükleer Enerji
Nükleer enerji, tüm antropojenik radyasyon kaynakları arasında en tartışmalı olanıdır, ancak insan sağlığına etkilerine çok az katkıda bulunur. Normal çalışma sırasında, nükleer tesisler çevreye ihmal edilebilir miktarda radyasyon yayar. Şubat 201631 ülkede 442 sivil işletme nükleer reaktörü vardı ve 66 tane daha yapım aşamasındaydı. Bu, nükleer yakıt üretim döngüsünün yalnızca bir parçasıdır. Uranyum cevherinin madenciliği ve öğütülmesi ile başlar ve nükleer yakıt üretimi ile devam eder. Enerji santrallerinde kullanıldıktan sonra, yakıt hücreleri bazen uranyum ve plütonyumu geri kazanmak için yeniden işlenir. Sonunda, döngü nükleer atıkların bertarafı ile sona erer. Bu döngünün her aşamasında radyoaktif maddeler açığa çıkabilir.
Dünyanın uranyum cevheri üretiminin yaklaşık yarısı açık ocaklardan, diğer yarısı ise madenlerden geliyor. Daha sonra, yüz milyonlarca ton - büyük miktarda atık üreten yakındaki kırıcılarda ezilir. Radyasyon doğal arka planın çok küçük bir kısmı olmasına rağmen, bu atık, tesisin faaliyete geçmesinden sonra milyonlarca yıl boyunca radyoaktif kalır.
Bundan sonra, uranyum zenginleştirme tesislerinde daha fazla işlenip saflaştırılarak yakıta dönüştürülür. Bu süreçler hava ve su kirliliğine yol açar, ancak bunlar yakıt döngüsünün diğer aşamalarından çok daha azdır.
