Una font radioactiva és una certa quantitat d'un radionúclid que emet radiació ionitzant. Aquest últim normalment inclou raigs gamma, partícules alfa i beta i radiació de neutrons.
Papel de les fonts
Es poden utilitzar per a la irradiació, quan la radiació realitza una funció ionitzant, o com a font de radiació metrològica per al calibratge del procés radiomètric i la instrumentació. També s'utilitzen per controlar processos industrials com ara la mesura de gruix a les indústries del paper i de l'acer. Les fonts es poden tancar en un recipient (radiació de gran penetració) o dipositar-se sobre una superfície (radiació de baixa penetració) o en un líquid.
Significat i aplicació
Com a font de radiació, s'utilitzen en medicina per a radioteràpia i a la indústria per a radiografia, irradiacióreticulació d'aliments, esterilització, control de plagues i irradiació de PVC.
Radionúclids
Els radionúclids es seleccionen segons el tipus i la naturalesa de la radiació, la seva intensitat i la seva semivida. Les fonts habituals de radionúclids inclouen cob alt-60, iridi-192 i estronci-90. La mesura de la quantitat d'activitat de la font SI és el Becquerel, tot i que la unitat històrica de Curie encara està en ús parcial, per exemple als EUA, tot i que el NIST dels EUA recomana fermament l'ús de la unitat SI. Per motius sanitaris, és obligatori a la UE.
Toda la vida
Una font de radiació normalment viu entre 5 i 15 anys abans que la seva activitat baixi a un nivell segur. Tanmateix, quan hi ha radionúclids amb una vida mitjana llarga, es poden utilitzar com a eines de calibratge durant molt més temps.
Tancat i amagat
Moltes fonts radioactives estan tancades. Això vol dir que estan permanentment continguts completament a la càpsula o fermament lligats per un sòlid a la superfície. Les càpsules solen estar fetes d'acer inoxidable, titani, platí o un altre metall inert. L'ús de fonts segellades elimina pràcticament tots els riscos de dispersió de material radioactiu al medi ambient a causa d'una manipulació inadequada, però el contenidor no està dissenyat per atenuar la radiació, per la qual cosa es requereix un blindatge addicional per a la protecció contra la radiació. Els tancats també s'utilitzen en gairebé tots els casos en què noEs requereix incorporació química o física a un líquid o gas.
Les fonts segellades estan classificades per l'AIEA segons les seves activitats en relació amb un objecte radioactiu mínimament perillós (que pot causar danys importants a les persones). La relació utilitzada és A/D, on A és l'activitat d'origen i D és l'activitat perillosa mínima.
Tingueu en compte que no es classifiquen les fonts amb un rendiment radioactiu prou baix (com les que s'utilitzen en detectors de fum) per no fer mal als humans.
Càpsules
Les fonts de càpsules, on la radiació prové efectivament d'un punt, s'utilitzen per calibrar instruments de raigs X, beta i gamma. Recentment, han estat impopulars com a objectes industrials i com a objectes d'estudi.
Molles de placa
S'utilitzen àmpliament per al calibratge d'instruments de contaminació radioactiva. És a dir, de fet, fan el paper d'una mena de comptadors miraculosos.
A diferència d'una font de càpsula, el fons emès per una font de placa ha d'estar a la superfície per evitar que el contenidor s'esvaeixi o s'autoprotegeixi a causa de la naturalesa del material. Això és especialment important per a les partícules alfa, que s'aturen fàcilment amb una massa petita. La corba de Bragg mostra l'efecte de l'amortiment a l'aire atmosfèric.
Sense obrir
Les fonts sense obrir són aquelles que no es troben en un recipient tancat permanentment i que s'utilitzen àmpliament amb finalitats mèdiques. S'apliquen en casosquan la font s'ha de dissoldre en un líquid per injecció en un pacient o ingestió. També s'utilitzen a la indústria de manera similar per a la detecció de fuites com a traçador radioactiu.
Reciclatge i aspectes mediambientals
L'eliminació de fonts radioactives caducades planteja problemes similars a l'eliminació d' altres residus nuclears, encara que en menor mesura. Les fonts de baix nivell esgotades de vegades estaran prou inactives com per eliminar-les utilitzant mètodes normals d'eliminació de residus, normalment als abocadors. Altres mètodes d'eliminació són similars als que s'utilitzen per als residus radioactius de nivell superior, utilitzant diferents profunditats de sondeig en funció de l'activitat dels residus.
Un cas conegut de manipulació descuidada d'aquest objecte va ser un accident a Goiania, que va provocar la mort de diverses persones.
Radiació de fons
La radiació de fons sempre està present a la Terra. La major part de la radiació de fons prové de forma natural dels minerals, mentre que una petita part prové d'elements creats per l'home. Els minerals radioactius naturals de la terra, el sòl i l'aigua produeixen radiació de fons. El cos humà fins i tot conté alguns d'aquests minerals radioactius naturals. La radiació còsmica també contribueix al fons de radiació que ens envolta. Hi pot haver grans variacions en els nivells de radiació natural de fons d'un lloc a un altre, així com canvis en el mateix lloc al llarg del temps. Els radioisòtops naturals són un fons molt fortemissors.
Radiació còsmica
La radiació còsmica prové de partícules extremadament energètiques del Sol i de les estrelles que entren a l'atmosfera terrestre. És a dir, aquests cossos celestes es poden anomenar fonts de radiació radioactiva. Algunes partícules toquen el terra, mentre que altres interaccionen amb l'atmosfera, creant diversos tipus de radiació. Els nivells augmenten a mesura que t'acostes a un objecte radioactiu, de manera que la quantitat de radiació còsmica sol augmentar en proporció a l'ascens. A més altitud, més gran serà la dosi. És per això que els que viuen a Denver, Colorado (5.280 peus) reben una dosi anual de radiació de radiació còsmica més alta que qualsevol persona que viu al nivell del mar (0 peus).
La mineria d'urani a Rússia segueix sent un tema controvertit i "calent", perquè aquest treball és extremadament perillós. Naturalment, l'urani i el tori que es troben a la terra s'anomenen radionúclids primaris i són una font de radiació terrestre. A tot arreu es poden trobar traces d'urani, tori i els seus productes de descomposició. Més informació sobre la desintegració radioactiva. Els nivells de radiació terrestre varien segons la ubicació, però les zones amb concentracions més altes d'urani i tori en sòls superficials solen experimentar nivells de dosi més alts. Per tant, les persones que participen en la mineria d'urani a Rússia corren un gran risc.
Radiació i persones
Es poden trobar rastres de substàncies radioactives al cos humà (principalment potassi-40 natural). L'element es troba en els aliments, el sòl i l'aigua, que nos altresacceptar. El nostre cos conté petites quantitats de radiació perquè el cos metabolitza les formes radioactives i no radioactives de potassi i altres elements de la mateixa manera.
Una petita fracció de la radiació de fons prové de les activitats humanes. Traces d'elements radioactius s'han dispersat al medi ambient com a resultat de proves d'armes nuclears i d'accidents com el que es va produir a la central nuclear de Txernòbil a Ucraïna. Els reactors nuclears alliberen petites quantitats d'elements radioactius. Els materials radioactius utilitzats a la indústria i fins i tot en alguns productes de consum també emeten petites quantitats de radiació de fons.
Tots estem exposats a la radiació cada dia de fonts naturals, com els minerals de la terra, i de fonts artificials, com ara les radiografies mèdiques. Segons el National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP), la mitjana anual d'exposició humana a la radiació als Estats Units és de 620 milirems (6,2 milisieverts).
A la natura
Les substàncies radioactives es troben sovint a la natura. Alguns d'ells es troben al sòl, les roques, l'aigua, l'aire i la vegetació, dels quals s'inhalen i s'ingereixen. A més d'aquesta exposició interna, els humans també reben exposició externa de materials radioactius que romanen fora del cos i de la radiació còsmica de l'espai exterior. La dosi natural mitjana diària per als humans és d'uns 2,4 mSv (240 mrem) per any.
Això és quatre vegades mésl'exposició mitjana global a la radiació artificial al món, que el 2008 va ser d'uns 0,6 mrem (60 Rem) per any. En alguns països rics, com els EUA i el Japó, l'exposició artificial supera l'exposició natural de mitjana a causa d'un major accés a instrumentació mèdica específica. A Europa, l'exposició natural mitjana de fons entre països oscil·la entre els 2 mSv (200 mrem) anuals al Regne Unit i més de 7 mSv (700 mrem) per a alguns grups de persones a Finlàndia.
Exposició diària
L'exposició a fonts naturals és una part integral de la vida quotidiana tant a la feina com als llocs públics. En la majoria dels casos, aquestes exposicions són de poca o nul·la preocupació pública, però en determinades situacions s'han de tenir en compte les mesures de protecció de la salut, per exemple, quan es treballa amb minerals d'urani i tori i altres materials radioactius naturals (NORM). Aquestes situacions s'han convertit en el focus d'atenció de l'Agència en els darrers anys. I això, sense esmentar els exemples d'accidents amb l'alliberament de substàncies radioactives, com el desastre de la central nuclear de Txernòbil i de Fukushima, que va obligar científics i polítics d'arreu del món a reconsiderar la seva actitud envers l'"àtom pacífic".
Radiació terrestre
La radiació terrestre només inclou fonts que romanen externes al cos. Però al mateix temps continuen sent perilloses fonts radioactives de radiació. Els principals radionúclids preocupants són el potassi, l'urani i el tori, els seus productes de desintegració. Ialguns, com el radi i el radó, són molt radioactius però es troben en concentracions baixes. El nombre d'aquests objectes s'ha reduït inexorablement des de la formació de la Terra. L'activitat de radiació actual associada a la presència d'urani-238 és la meitat que a l'inici de l'existència del nostre planeta. Això es deu a la seva vida mitjana de 4.500 milions d'anys, i per al potassi-40 (la vida mitjana de 1.250 milions d'anys) és només al voltant del 8% de l'original. Però durant l'existència de la humanitat, la quantitat de radiació ha disminuït molt lleugerament.
Molts isòtops amb períodes de semidesintegració més curts (i, per tant, alta radioactivitat) no s'han desintegrat a causa de la seva constant producció natural. Exemples d'això són el radi-226 (el producte de desintegració del tori-230 a la cadena de desintegració de l'urani-238) i el radó-222 (el producte de desintegració del radi-226 en aquesta cadena).
Tori i urani
Els elements químics radioactius tori i urani pateixen majoritàriament desintegració alfa i beta i no són fàcils de detectar. Això els fa molt perillosos. Tanmateix, el mateix es pot dir de la radiació de protons. Tanmateix, molts dels seus derivats secundaris d'aquests elements també són emissors gamma forts. El tori-232 es detecta amb el pic de 239 keV del plom-212, 511, 583 i 2614 keV del tal·li-208 i 911 i 969 keV de l'actini-228. L'element químic radioactiu urani-238 apareix com a pics de bismut-214 a 609, 1120 i 1764 keV (vegeu el mateix pic per al radó atmosfèric). El potassi-40 es detecta directament a través del pic gamma 1461keV.
El nivell sobre el mar i altres grans masses d'aigua acostuma a ser aproximadament una desena part del fons de la terra. Per contra, les zones costaneres (i les regions properes a l'aigua dolça) poden tenir una contribució addicional dels sediments dispersos.
Radon
La font més gran de radiació radioactiva a la natura és el radó en l'aire, un gas radioactiu alliberat de la terra. El radó i els seus isòtops, radionúclids progenitors i productes de desintegració contribueixen a la dosi respirable mitjana d'1,26 mSv/any (milisievert per any). El radó es distribueix de manera desigual i varia amb el clima, de manera que s'utilitzen dosis molt més altes a moltes parts del món on representa un perill important per a la salut. S'han trobat concentracions 500 vegades superiors a la mitjana mundial a l'interior d'edificis a Escandinàvia, els Estats Units, l'Iran i la República Txeca. El radó és un producte de desintegració de l'urani que és relativament comú a l'escorça terrestre, però més concentrat a les roques minerals escampades per tot el món. El radó es filtra d'aquests minerals a l'atmosfera o a les aigües subterrànies i també es filtra als edificis. Es pot inhalar als pulmons juntament amb els productes de la descomposició, on romandran durant un temps després de l'exposició. Per aquest motiu, el radó es classifica com a font natural de radiació.
Exposició al radó
Tot i que el radó es produeix de manera natural, els seus efectes es poden augmentar o disminuir per activitats humanes, com ara la construcció d'una casa. Celler mal tancatUna casa ben aïllada pot provocar l'acumulació de radó a la casa, posant en risc els seus ocupants. La construcció generalitzada de cases ben aïllades i segellades als països industrialitzats del nord ha fet que el radó es converteixi en una font important de radiació de fons en algunes comunitats del nord d'Amèrica del Nord i Europa. Alguns materials de construcció, com el formigó lleuger amb alumini d'esquist, fosfoguix i toba italiana, poden alliberar radó si contenen radi i són porosos al gas.
L'exposició a la radiació del radó és indirecta. El radó té una vida mitjana curta (4 dies) i es desintegra en altres partícules sòlides de nuclids radioactius de la sèrie del radi. Aquests elements radioactius s'inhalen i romanen als pulmons, provocant una exposició prolongada. Així, es creu que el radó és la segona causa de càncer de pulmó després del tabaquisme i és responsable d'entre 15.000 i 22.000 morts per càncer a l'any només als EUA. Tanmateix, la discussió sobre els resultats experimentals contraris encara està en curs.
La major part del fons atmosfèric és causat pel radó i els seus productes de descomposició. L'espectre gamma mostra pics notables a 609, 1120 i 1764 keV, que pertanyen al bismut-214, un producte de desintegració del radó. El fons atmosfèric depèn molt de la direcció del vent i de les condicions meteorològiques. El radó també es pot alliberar del terra en ràfegues i després formar "núvols de radó" que poden recórrer desenes de quilòmetres.
Fons de l'espai
La terra i tots els éssers vius que hi ha són constantmentbombardejada per la radiació de l'espai. Aquesta radiació consisteix principalment en ions carregats positivament, des de protons fins al ferro, i nuclis més grans produïts fora del nostre sistema solar. Aquesta radiació interacciona amb els àtoms de l'atmosfera, creant un flux d'aire secundari, com ara raigs X, muons, protons, partícules alfa, pions, electrons i neutrons.
La dosi directa de radiació còsmica prové principalment de muons, neutrons i electrons, i varia en diferents parts del món segons el camp geomagnètic i l' altitud. Per exemple, la ciutat de Denver als Estats Units (a una altitud de 1.650 metres) rep aproximadament el doble de dosi de raigs còsmics que en un punt al nivell del mar.
Aquesta radiació és molt més forta a la troposfera superior a uns 10 km i, per tant, preocupa especialment als membres de la tripulació i als passatgers habituals que passen moltes hores a l'any en aquest entorn. Durant els seus vols, les tripulacions de les aerolínies solen rebre una dosi ocupacional addicional que va des dels 2,2 mSv (220 mrem) a l'any fins als 2,19 mSv/any, segons diversos estudis.
Radiació en òrbita
De la mateixa manera, els raigs còsmics provoquen una exposició de fons més alta als astronautes que als humans a la superfície de la Terra. Els astronautes que treballen en òrbites baixes, com els empleats de les estacions espacials internacionals o els transbordadors, estan parcialment protegits pel camp magnètic terrestre, però també pateixen l'anomenat cinturó de Van Allen, que és el resultat del camp magnètic terrestre. Fora de l'òrbita terrestre baixa, comexperimentada pels astronautes d'Apol·lo que viatgen a la Lluna, aquesta radiació de fons és molt més intensa i representa una barrera important per a la futura exploració humana a llarg termini de la Lluna o de Mart.
Les influències còsmiques també provoquen transmutació elemental a l'atmosfera, en la qual la radiació secundària generada per elles es combina amb nuclis atòmics de l'atmosfera, formant diversos nuclids. Es poden produir molts nuclids anomenats cosmogènics, però probablement el més notable és el carboni-14, que es forma per la interacció amb àtoms de nitrogen. Aquests nuclids cosmogènics acaben arribant a la superfície de la Terra i es poden incorporar als organismes vius. La producció d'aquests nuclids varia lleugerament durant les metamorfosis del flux solar a curt termini, però es considera pràcticament constant a grans escales, des de milers fins a milions d'anys. La producció constant, la incorporació i la vida mitjana relativament curta del carboni-14 són els principis utilitzats en la datació per radiocarboni de materials biològics antics com ara artefactes de fusta o restes humanes.
Raigs gamma
La radiació còsmica al nivell del mar apareix normalment com una radiació gamma de 511 keV de l'aniquilació de positrons creada per reaccions nuclears de partícules d' alta energia i raigs gamma. A gran altitud, també hi ha una contribució de l'espectre continu de bremsstrahlung. Per tant, entre els científics, la qüestió de la radiació solar i el balanç de radiació es considera molt important.
Radiació dins del cos
Els dos elements més importants que formen el cos humà, és a dir, el potassi i el carboni, contenen isòtops que augmenten molt la nostra dosi de radiació de fons. Això vol dir que també poden ser fonts de radiació radioactiva.
Elements i compostos químics perillosos tendeixen a acumular-se. El cos humà mitjà conté uns 17 mil·ligrams de potassi-40 (40K) i uns 24 nanograms (10-8 g) de carboni-14 (14C) (vida mitjana - 5.730 anys). Excloent la contaminació interna per materials radioactius externs, aquests dos elements són els components més grans de l'exposició interna als components biològicament funcionals del cos humà. Uns 4.000 nuclis es desintegren a 40K per segon i el mateix nombre a 14C. L'energia de les partícules beta formades a 40K és aproximadament 10 vegades més gran que la de les partícules beta formades a 14C.
14C està present al cos humà al voltant de 3.700 Bq (0,1 µCi) amb una semivida biològica de 40 dies. Això significa que la desintegració del 14C produeix unes 3.700 partícules beta per segon. Aproximadament la meitat de les cèl·lules humanes contenen un àtom de 14C.
La dosi interna mitjana global de radionúclids diferents del radó i els seus productes de desintegració és de 0,29 mSv/any, dels quals 0,17 mSv/any a 40K, 0,12 mSv/any procedeixen de la sèrie d'urani i tori i 12 μSv/ any - a partir del 14C. També val la pena assenyalar que les màquines mèdiques de raigs X també ho són sovintradioactius, però la seva radiació no és perillosa per als humans.
