Al llarg de la història de la vida a la Terra, els organismes han estat constantment exposats als raigs còsmics i als radionúclids formats per aquests a l'atmosfera, així com a la radiació de substàncies omnipresents a la natura. La vida moderna s'ha adaptat a totes les característiques i limitacions de l'entorn, incloses les fonts naturals de raigs X.
Tot i que certs nivells de radiació són perjudicials per als organismes, certs tipus de radiació són essencials per a la vida. Per exemple, el fons de radiació va contribuir als processos fonamentals de l'evolució química i biològica. També és obvi el fet que la calor del nucli de la Terra és proporcionada i mantinguda per la calor de desintegració dels radionúclids naturals primaris.
Raigs còsmics
La radiació d'origen extraterrestre que bombardeja contínuament la Terra s'anomenaespai.
El fet que aquesta radiació penetrant arribi al nostre planeta des de l'espai exterior, i no des de la Terra, es va descobrir en experiments per mesurar la ionització a diverses altituds, des del nivell del mar fins als 9000 m. Es va trobar que la intensitat de la radiació ionitzant va disminuir fins a una alçada de 700 m, i després va augmentar ràpidament amb l'ascens. La disminució inicial es pot explicar per una disminució de la intensitat dels raigs gamma terrestres, i un augment per l'acció dels raigs còsmics.
Les fonts de raigs X a l'espai són les següents:
- grups de galàxies;
- Gàxies Seyfert;
- Dg;
- estrelles;
- quasars;
- forats negres;
- restes de supernova;
- nanes blanques;
- estrelles fosques, etc.
L'evidència d'aquesta radiació, per exemple, és un augment de la intensitat dels raigs còsmics observat a la Terra després de les erupcions solars. Però la nostra estrella no contribueix principalment al flux total, ja que les seves variacions diàries són molt petites.
Dos tipus de raigs
Els raigs còsmics es divideixen en primaris i secundaris. La radiació que no interacciona amb la matèria de l'atmosfera, la litosfera o la hidrosfera de la Terra s'anomena primària. Està format per protons (≈ 85%) i partícules alfa (≈ 14%), amb fluxos molt més petits (< 1%) de nuclis més pesats. Els raigs X còsmics secundaris, les fonts de radiació dels quals són la radiació primària i l'atmosfera, estan formats per partícules subatòmiques com ara pions, muons ielectrons. Al nivell del mar, gairebé tota la radiació observada consisteix en raigs còsmics secundaris, el 68% dels quals són muons i el 30% són electrons. Menys de l'1% del flux al nivell del mar està format per protons.
Els raigs còsmics primaris, per regla general, tenen una gran energia cinètica. Estan carregats positivament i guanyen energia accelerant-se en camps magnètics. En el buit de l'espai exterior, les partícules carregades poden existir durant molt de temps i viatjar milions d'anys llum. Durant aquest vol, adquireixen una gran energia cinètica, de l'ordre de 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). Les partícules individuals tenen energies de fins a 1010 GeV.
Les altes energies dels raigs còsmics primaris els permeten dividir literalment els àtoms de l'atmosfera terrestre quan xoquen. Juntament amb els neutrons, els protons i les partícules subatòmiques, es poden formar elements lleugers com l'hidrogen, l'heli i el beril·li. Els muons sempre estan carregats i també decaen ràpidament en electrons o positrons.
Escut magnètic
La intensitat dels raigs còsmics augmenta bruscament amb l'ascens fins a arribar a un màxim a uns 20 km d' altitud. A partir dels 20 km fins al límit de l'atmosfera (fins a 50 km) la intensitat disminueix.
Aquest patró s'explica per un augment de la producció de radiació secundària com a conseqüència d'un augment de la densitat de l'aire. A una altitud de 20 km, la major part de la radiació primària ja ha entrat en interacció, i la disminució de la intensitat de 20 km al nivell del mar reflecteix l'absorció de raigs secundaris.atmosfera, equivalent a uns 10 metres d'aigua.
La intensitat de la radiació també està relacionada amb la latitud. A la mateixa altitud, el flux còsmic augmenta des de l'equador fins a una latitud de 50-60° i es manté constant fins als pols. Això s'explica per la forma del camp magnètic terrestre i la distribució de l'energia de la radiació primària. Les línies de camp magnètic que s'estenen més enllà de l'atmosfera solen ser paral·leles a la superfície terrestre a l'equador i perpendiculars als pols. Les partícules carregades es mouen fàcilment al llarg de les línies del camp magnètic, però difícilment el superen en la direcció transversal. Des dels pols fins als 60°, pràcticament tota la radiació primària arriba a l'atmosfera terrestre, i a l'equador només les partícules amb energies superiors a 15 GeV poden penetrar a l'escut magnètic.
Fonts secundàries de raigs X
Com a resultat de la interacció dels raigs còsmics amb la matèria, es produeix contínuament una quantitat important de radionúclids. La majoria són fragments, però alguns d'ells es formen per l'activació d'àtoms estables per neutrons o muons. La producció natural de radionúclids a l'atmosfera correspon a la intensitat de la radiació còsmica en alçada i latitud. Al voltant del 70% d'ells s'originen a l'estratosfera i el 30% a la troposfera.
Amb l'excepció de l'H-3 i el C-14, els radionúclids solen trobar-se en concentracions molt baixes. El triti es dilueix i es barreja amb aigua i H-2, i el C-14 es combina amb l'oxigen per formar CO2, que es barreja amb el diòxid de carboni atmosfèric. El carboni-14 entra a les plantes mitjançant la fotosíntesi.
Radiació terrestre
Dels molts radionúclids que s'han format amb la Terra, només uns pocs tenen una semivida prou llarga per explicar la seva existència actual. Si el nostre planeta es formés fa uns 6.000 milions d'anys, necessitarien una vida mitjana d'almenys 100 milions d'anys per romandre en quantitats mesurables. Dels radionúclids primaris descoberts fins ara, tres són de la major importància. La font de raigs X és K-40, U-238 i Th-232. L'urani i el tori formen cadascun una cadena de productes de desintegració que gairebé sempre es troben en presència de l'isòtop original. Tot i que molts dels radionúclids fills tenen una vida curta, són comuns al medi ambient, ja que es formen constantment a partir de materials parentals de llarga vida.
Altres fonts primordials de raigs X de llarga vida, en resum, es troben en concentracions molt baixes. Aquests són Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, etc. Els neutrons naturals formen molts altres radionúclids, però la seva concentració sol ser molt baixa. La pedrera d'Oklo a Gabon, Àfrica, conté proves d'un "reactor natural" en el qual es van produir reaccions nuclears. L'esgotament de l'U-235 i la presència de productes de fissió dins d'un ric dipòsit d'urani indiquen que aquí es va produir una reacció en cadena induïda espontàniament fa uns 2.000 milions d'anys.
Tot i que els radionúclids primordials són omnipresents, la seva concentració varia segons la ubicació. PrincipalEl reservori de radioactivitat natural és la litosfera. A més, canvia significativament dins de la litosfera. De vegades s'associa amb certs tipus de compostos i minerals, de vegades és purament regional, amb poca correlació amb tipus de roques i minerals.
La distribució dels radionúclids primaris i els seus productes de desintegració descendent als ecosistemes naturals depèn de molts factors, incloses les propietats químiques dels nuclids, els factors físics de l'ecosistema i els atributs fisiològics i ecològics de la flora i la fauna. La meteorització de les roques, el seu principal reservori, subministra al sòl U, Th i K. En aquesta transferència també participen els productes de desintegració de Th i U. Del sòl, K, Ra, una mica d'U i molt poc de Th són absorbits per les plantes. Utilitzen potassi-40 de la mateixa manera que K estable. El radi, un producte de desintegració de l'U-238, és utilitzat per la planta, no perquè sigui un isòtop, sinó perquè està químicament proper al calci. L'absorció d'urani i tori per les plantes és generalment insignificant, ja que aquests radionúclids solen ser insolubles.
Radon
La més important de totes les fonts de radiació natural és l'element insípid i inodor, un gas invisible que és 8 vegades més pesat que l'aire, el radó. Consta de dos isòtops principals: el radó-222, un dels productes de desintegració de l'U-238, i el radó-220, format durant la desintegració de Th-232.
Les roques, el sòl, les plantes i els animals emeten radó a l'atmosfera. El gas és un producte de desintegració del radi i es produeix en qualsevol materialque el conté. Com que el radó és un gas inert, es pot alliberar de les superfícies que entren en contacte amb l'atmosfera. La quantitat de radó que surt d'una massa determinada de roca depèn de la quantitat de radi i de la superfície. Com més petita sigui la roca, més radó pot alliberar. La concentració de Rn a l'aire al costat dels materials que contenen radi també depèn de la velocitat de l'aire. Als soterranis, coves i mines amb mala circulació d'aire, les concentracions de radó poden assolir nivells significatius.
Rn es desintegra amb força rapidesa i forma una sèrie de radionúclids fills. Un cop formats a l'atmosfera, els productes de desintegració del radó es combinen amb partícules fines de pols que s'assenten al sòl i a les plantes, i també són inhalades pels animals. La pluja és especialment eficaç per eliminar els elements radioactius de l'aire, però l'impacte i la sedimentació de les partícules d'aerosol també contribueixen a la seva deposició.
En climes temperats, les concentracions de radó a l'interior són de mitjana entre 5 i 10 vegades més altes que a l'exterior.
Durant les últimes dècades, l'home ha produït "artificialment" diversos centenars de radionúclids, raigs X associats, fonts i propietats que tenen aplicacions en medicina, militar, generació d'energia, instrumentació i exploració de minerals.
Els efectes individuals de les fonts de radiació artificials varien molt. La majoria de les persones reben una dosi relativament petita de radiació artificial, però algunes reben milers de vegades la radiació de fonts naturals. Les fonts artificials són millorscontrolat que natural.
Fonts de raigs X en medicina
A la indústria i la medicina, per regla general, només s'utilitzen radionúclids purs, cosa que simplifica la identificació de les vies de fuites dels llocs d'emmagatzematge i el procés d'eliminació.
L'ús de la radiació en medicina està molt estès i pot tenir un impacte important. Inclou fonts de raigs X utilitzades en medicina per:
- diagnòstic;
- teràpia;
- procediments analítics;
- ritme.
Per als diagnòstics, s'utilitzen tant fonts segellades com una gran varietat de traçadors radioactius. Les institucions mèdiques solen distingir entre aquestes aplicacions com la radiologia i la medicina nuclear.
Un tub de raigs X és una font de radiació ionitzant? La tomografia computada i la fluorografia són procediments de diagnòstic coneguts que es realitzen amb la seva ajuda. A més, hi ha moltes aplicacions de fonts d'isòtops en radiografia mèdica, incloses fonts gamma i beta, i fonts experimentals de neutrons per als casos en què les màquines de raigs X són incòmodes, inadequades o poden ser perilloses. Des del punt de vista ambiental, la radiació radiogràfica no suposa cap risc sempre que les seves fonts siguin responsables i s'eliminin correctament. En aquest sentit, la història dels elements de radi, les agulles de radó i els compostos luminiscents que contenen radi no és encoratjadora.
Fonts de raigs X d'ús habitual basades en 90Sro 147 Pm. L'arribada de 252Cf com a generador de neutrons portàtil ha fet que la radiografia de neutrons estigui àmpliament disponible, tot i que en general la tècnica encara depèn molt de la disponibilitat de reactors nuclears.
Medicina nuclear
Els principals perills ambientals són les etiquetes de radioisòtops a la medicina nuclear i les fonts de raigs X. Alguns exemples d'influències no desitjades són els següents:
- irradiació del pacient;
- irradiació del personal de l'hospital;
- exposició durant el transport de productes farmacèutics radioactius;
- impacte durant la producció;
- exposició a residus radioactius.
En els darrers anys, hi ha hagut una tendència a reduir l'exposició dels pacients mitjançant la introducció d'isòtops de vida més curta amb un efecte més estret i l'ús de fàrmacs més localitzats.
La vida mitjana més curta redueix l'impacte dels residus radioactius, ja que la majoria dels elements de llarga vida s'excreten a través dels ronyons.
L'impacte ambiental de les clavegueres no sembla dependre de si el pacient és hospitalitzat o ambulatori. Tot i que és probable que la majoria dels elements radioactius alliberats siguin de curta durada, l'efecte acumulat supera amb escreix els nivells de contaminació de totes les centrals nuclears juntes.
Els radionúclids més utilitzats en medicina són les fonts de raigs X:
- 99mTc: exploració de crani i cervell, exploració de sang cerebral, exploració del cor, fetge, pulmó, tiroide, localització de la placenta;
- 131I - sang, exploració del fetge, localització de la placenta, exploració de la tiroides i tractament;
- 51Cr - determinació de la durada de l'existència de glòbuls vermells o segrest, volum sanguini;
- 57Co - prova de Schilling;
- 32P: metàstasis òssies.
L'ús generalitzat de procediments de radioimmunoassaig, anàlisi d'orina i altres mètodes d'investigació que utilitzen compostos orgànics marcats ha augmentat significativament l'ús de preparats líquids de centelleig. Les solucions de fòsfor orgànic, generalment a base de toluè o xilè, constitueixen un volum força gran de residus orgànics líquids que s'han d'eliminar. El processament en forma líquida és potencialment perillós i ambientalment inacceptable. Per aquest motiu, es prefereix la incineració de residus.
Atès que la llarga vida 3H o 14C es dissolen fàcilment a l'entorn, la seva exposició es troba dins del rang normal. Però l'efecte acumulat pot ser important.
Un altre ús mèdic dels radionúclids és l'ús de bateries de plutoni per alimentar marcapassos. Milers de persones són vives avui perquè aquests dispositius ajuden el seu cor a funcionar. Les fonts segellades de 238Pu (150 GBq) s'implanten quirúrgicament als pacients.
Raigs X industrials: fonts, propietats, aplicacions
La medicina no és l'única àrea en què aquesta part de l'espectre electromagnètic ha trobat aplicació. Els radioisòtops i les fonts de raigs X utilitzats a la indústria són una part important de la situació de radiació tecnogènica. Exemples d'aplicació:
- radiografia industrial;
- mesura de la radiació;
- detectors de fum;
- materials auto-lluminosos;
- cristal·lografia de raigs X;
- escàners per controlar l'equipatge i l'equipatge de mà;
- làser de raigs X;
- sincrotrons;
- ciclotrons.
Com que la majoria d'aquestes aplicacions impliquen l'ús d'isòtops encapsulats, l'exposició a la radiació es produeix durant el transport, la transferència, el manteniment i l'eliminació.
Un tub de raigs X és una font de radiació ionitzant a la indústria? Sí, s'utilitza en sistemes d'assaig no destructiu d'aeroports, en l'estudi de cristalls, materials i estructures, i en control industrial. Durant les últimes dècades, les dosis d'exposició a la radiació en la ciència i la indústria han arribat a la meitat del valor d'aquest indicador en medicina; per tant, la contribució és significativa.
Les fonts de raigs X encapsulades per si soles tenen poc efecte. Però el seu transport i eliminació són preocupants quan es perden o s'aboquen per error a un abocador. Aquestes fontsEls raigs X solen subministrar-se i instal·lar-se com a discs o cilindres doblement segellats. Les càpsules estan fetes d'acer inoxidable i requereixen una comprovació periòdica de fuites. La seva eliminació pot ser un problema. Les fonts de vida curta es poden emmagatzemar i degradar, però fins i tot així s'han de comptabilitzar adequadament i el material actiu residual s'ha d'eliminar en una instal·lació autoritzada. En cas contrari, les càpsules s'han d'enviar a institucions especialitzades. El seu poder determina el material i la mida de la part activa de la font de raigs X.
Ubicacions d'emmagatzematge de fonts de raigs X
Un problema creixent és la clausura i la descontaminació segures de llocs industrials on s'han emmagatzemat material radioactiu en el passat. En la seva majoria, es tracta d'instal·lacions de reprocessament nuclear més antigues, però cal que hi participin altres indústries, com ara plantes per a la producció de senyals de triti auto-lluminosos.
Les fonts de baix nivell de llarga vida, que estan molt esteses, són un problema particular. Per exemple, 241Am s'utilitza als detectors de fum. A més del radó, aquestes són les principals fonts de radiació de raigs X a la vida quotidiana. Individualment, no representen cap perill, però un nombre important d'ells poden presentar un problema en el futur.
Explosions nuclears
Durant els darrers 50 anys, tothom ha estat exposat a la radiació de les precipitacions provocades per les proves d'armes nuclears. El seu cim estava en1954-1958 i 1961-1962.
L'any 1963, tres països (URSS, EUA i Gran Bretanya) van signar un acord sobre la prohibició parcial dels assajos nuclears a l'atmosfera, l'oceà i l'espai exterior. Durant les dues dècades següents, França i la Xina van dur a terme una sèrie de proves molt més petites, que van cessar el 1980. Les proves subterrànies encara s'estan fent, però en general no produeixen precipitacions.
La contaminació radioactiva de les proves atmosfèriques cau a prop del lloc de l'explosió. Alguns d'ells romanen a la troposfera i són portats pel vent arreu del món a la mateixa latitud. A mesura que es mouen, cauen a terra, romanent aproximadament un mes a l'aire. Però la majoria són empès a l'estratosfera, on la contaminació roman durant molts mesos i s'enfonsa lentament arreu del planeta.
Les precipitacions radioactives inclouen diversos centenars de radionúclids diferents, però només uns quants d'ells poden afectar el cos humà, de manera que la seva mida és molt petita i la desintegració és ràpida. Els més significatius són C-14, Cs-137, Zr-95 i Sr-90.
Zr-95 té una vida mitjana de 64 dies, mentre que Cs-137 i Sr-90 tenen uns 30 anys. Només el carboni-14, amb una vida mitjana de 5730, romandrà actiu en el futur.
Energia nuclear
L'energia nuclear és la més controvertida de totes les fonts de radiació antropogènica, però contribueix molt poc als impactes sobre la salut humana. Durant el funcionament normal, les instal·lacions nuclears alliberen quantitats insignificants de radiació al medi ambient. febrer 2016Hi havia 442 reactors nuclears en funcionament civil a 31 països i 66 més estaven en construcció. Això només és una part del cicle de producció de combustible nuclear. S'inicia amb l'extracció i mòlta de mineral d'urani i continua amb la fabricació de combustible nuclear. Després de ser utilitzades a les centrals elèctriques, les piles de combustible de vegades es reprocessen per recuperar l'urani i el plutoni. Al final, el cicle acaba amb l'eliminació dels residus nuclears. En totes les etapes d'aquest cicle, es poden alliberar materials radioactius.
Aproximadament la meitat de la producció mundial de mineral d'urani prové de cel obert, l' altra meitat de mines. Després es tritura a les trituradores properes, que produeixen una gran quantitat de residus: centenars de milions de tones. Aquests residus romanen radioactius durant milions d'anys després que la planta deixi de funcionar, tot i que la radiació és una fracció molt petita del fons natural.
Després d'això, l'urani es converteix en combustible mitjançant un processament i purificació posteriors a les plantes d'enriquiment. Aquests processos provoquen contaminació de l'aire i l'aigua, però són molt menors que en altres etapes del cicle del combustible.
