Deur die geskiedenis van lewe op Aarde is organismes voortdurend blootgestel aan kosmiese strale en die radionukliede wat deur hulle in die atmosfeer gevorm word, sowel as bestraling van stowwe wat alomteenwoordig in die natuur voorkom. Die moderne lewe het aangepas by al die kenmerke en beperkings van die omgewing, insluitend natuurlike bronne van X-strale.
Hoewel hoë vlakke van bestraling beslis skadelik vir organismes is, is sekere soorte bestraling noodsaaklik vir lewe. Die bestralingsagtergrond het byvoorbeeld bygedra tot die fundamentele prosesse van chemiese en biologiese evolusie. Ook duidelik is die feit dat die hitte van die Aarde se kern voorsien en onderhou word deur die vervalhitte van primêre, natuurlike radionukliede.
Kosmiese strale
Die bestraling van buiteaardse oorsprong wat voortdurend die Aarde bombardeer, word genoemspasie.
Die feit dat hierdie deurdringende bestraling ons planeet vanuit die buitenste ruimte bereik, en nie van die Aarde af nie, is ontdek in eksperimente om ionisasie te meet op verskillende hoogtes, vanaf seevlak tot 9000 m. Daar is gevind dat die intensiteit van ioniserende straling afgeneem tot 'n hoogte van 700 m, en dan vinnig toegeneem met klim. Die aanvanklike afname kan verklaar word deur 'n afname in die intensiteit van aardse gammastrale, en 'n toename deur die werking van kosmiese strale.
X-straalbronne in die ruimte is soos volg:
- groepe sterrestelsels;
- Seyfert-sterrestelsels;
- Son;
- sterre;
- kwasars;
- swart gate;
- supernova-oorblyfsels;
- wit dwerge;
- donker sterre, ens.
Bewyse van sulke bestraling is byvoorbeeld 'n toename in die intensiteit van kosmiese strale wat op Aarde waargeneem word ná sonvlam. Maar ons ster lewer nie die belangrikste bydrae tot die totale vloed nie, aangesien sy daaglikse variasies baie klein is.
Twee soorte strale
Kosmiese strale word in primêre en sekondêre verdeel. Straling wat nie met materie in die atmosfeer, litosfeer of hidrosfeer van die Aarde in wisselwerking tree nie, word primêre genoem. Dit bestaan uit protone (≈ 85%) en alfa-deeltjies (≈ 14%), met baie kleiner vloede (< 1%) van swaarder kerne. Sekondêre kosmiese x-strale, waarvan die bronne van bestraling primêre straling en die atmosfeer is, bestaan uit subatomiese deeltjies soos pione, muone enelektrone. Op seevlak bestaan byna alle waargenome bestraling uit sekondêre kosmiese strale, waarvan 68% muone en 30% elektrone is. Minder as 1% van die vloed op seevlak bestaan uit protone.
Primêre kosmiese strale het as 'n reël 'n groot kinetiese energie. Hulle is positief gelaai en kry energie deur in magnetiese velde te versnel. In die vakuum van die buitenste ruimte kan gelaaide deeltjies vir 'n lang tyd bestaan en miljoene ligjare beweeg. Tydens hierdie vlug verkry hulle hoë kinetiese energie, in die orde van 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). Individuele deeltjies het energieë tot 1010 GeV.
Die hoë energieë van primêre kosmiese strale laat hulle toe om letterlik atome in die aarde se atmosfeer te verdeel wanneer hulle bots. Saam met neutrone, protone en subatomiese deeltjies kan ligte elemente soos waterstof, helium en berillium gevorm word. Muone is altyd gelaai en verval ook vinnig in elektrone of positrone.
Magnetiese skild
Die intensiteit van kosmiese strale neem skerp toe met styging totdat 'n maksimum op 'n hoogte van ongeveer 20 km bereik word. Vanaf 20 km tot by die grens van die atmosfeer (tot 50 km) neem die intensiteit af.
Hierdie patroon word verklaar deur 'n toename in die produksie van sekondêre bestraling as gevolg van 'n toename in lugdigtheid. Op 'n hoogte van 20 km bo seespieël het die meeste van die primêre bestraling reeds in wisselwerking getree, en die afname in intensiteit van 20 km tot seevlak weerspieël die absorpsie van sekondêre strale.atmosfeer, gelykstaande aan ongeveer 10 meter water.
Die intensiteit van bestraling hou ook verband met breedtegraad. Op dieselfde hoogte neem die kosmiese vloei toe vanaf die ewenaar tot 'n breedtegraad van 50–60° en bly konstant tot by die pole. Dit word verklaar deur die vorm van die Aarde se magnetiese veld en die verspreiding van die energie van die primêre straling. Magnetiese veldlyne wat verby die atmosfeer strek, is gewoonlik parallel met die aarde se oppervlak by die ewenaar en loodreg by die pole. Gelaaide deeltjies beweeg maklik langs die lyne van die magnetiese veld, maar oorkom dit skaars in die dwarsrigting. Van die pole tot 60° bereik feitlik alle primêre bestraling die Aarde se atmosfeer, en by die ewenaar kan slegs deeltjies met energieë van meer as 15 GeV die magnetiese skild binnedring.
Sekondêre X-straalbronne
As gevolg van die interaksie van kosmiese strale met materie, word 'n aansienlike hoeveelheid radionukliede voortdurend geproduseer. Die meeste van hulle is fragmente, maar sommige van hulle word gevorm deur die aktivering van stabiele atome deur neutrone of muone. Die natuurlike produksie van radionukliede in die atmosfeer stem ooreen met die intensiteit van kosmiese straling in hoogte en breedtegraad. Ongeveer 70% van hulle het hul oorsprong in die stratosfeer, en 30% in die troposfeer.
Met die uitsondering van H-3 en C-14, word radionukliede gewoonlik in baie lae konsentrasies aangetref. Tritium word verdun en met water en H-2 gemeng, en C-14 kombineer met suurstof om CO2 te vorm, wat met atmosferiese koolstofdioksied meng. Koolstof-14 gaan plante binne deur fotosintese.
Aardbestraling
Van die baie radionukliede wat saam met die Aarde gevorm het, het slegs 'n paar halfleeftye lank genoeg om hul huidige bestaan te verklaar. As ons planeet sowat 6 biljoen jaar gelede gevorm het, sou hulle’n halfleeftyd van minstens 100 miljoen jaar nodig hê om in meetbare hoeveelhede te bly. Van die primêre radionukliede wat tot dusver ontdek is, is drie van die grootste belang. Die X-straalbron is K-40, U-238 en Th-232. Uraan en torium vorm elk 'n ketting van vervalprodukte wat byna altyd in die teenwoordigheid van die oorspronklike isotoop is. Alhoewel baie van die dogter-radionukliede kortstondig is, is hulle algemeen in die omgewing aangesien hulle voortdurend uit langlewende ouermateriaal gevorm word.
Ander oer-langlewende X-straalbronne, in kort, is in baie lae konsentrasies. Dit is Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, ens. Natuurlike neutrone vorm baie ander radionukliede, maar hul konsentrasie is gewoonlik baie laag. Die Oklo-groef in Gaboen, Afrika, bevat bewyse van 'n "natuurlike reaktor" waarin kernreaksies plaasgevind het. Die uitputting van U-235 en die teenwoordigheid van splitsingsprodukte binne 'n ryk uraanneerslag dui daarop dat 'n spontaan-geïnduseerde kettingreaksie hier plaasgevind het ongeveer 2 biljoen jaar gelede.
Hoewel oerradionukliede alomteenwoordig is, verskil hul konsentrasie volgens ligging. HoofDie reservoir van natuurlike radioaktiwiteit is die litosfeer. Boonop verander dit aansienlik binne die litosfeer. Soms word dit geassosieer met sekere tipes verbindings en minerale, soms is dit suiwer streeksgewys, met min korrelasie met tipes gesteentes en minerale.
Die verspreiding van primêre radionukliede en hul nageslagbederfprodukte in natuurlike ekosisteme hang af van baie faktore, insluitend die chemiese eienskappe van die nukliede, die fisiese faktore van die ekosisteem, en die fisiologiese en ekologiese eienskappe van flora en fauna. Die verwering van gesteentes, hul hoofreservoir, verskaf U, Th en K aan die grond. Die vervalprodukte van Th en U neem ook deel aan hierdie oordrag. Uit die grond word K, Ra, 'n bietjie U en baie min Th deur plante opgeneem. Hulle gebruik kalium-40 op dieselfde manier as stabiele K. Radium, 'n vervalproduk van U-238, word deur die plant gebruik, nie omdat dit 'n isotoop is nie, maar omdat dit chemies naby kalsium is. Opname van uraan en torium deur plante is oor die algemeen weglaatbaar aangesien hierdie radionukliede gewoonlik onoplosbaar is.
Radon
Die belangrikste van alle bronne van natuurlike bestraling is die smaaklose, reuklose element, 'n onsigbare gas wat 8 keer swaarder as lug is, radon. Dit bestaan uit twee hoofisotope - radon-222, een van die vervalprodukte van U-238, en radon-220, wat tydens die verval van Th-232 gevorm is.
Gesteentes, grond, plante, diere straal radon in die atmosfeer uit. Die gas is 'n vervalproduk van radium en word in enige materiaal geproduseerwat dit bevat. Omdat radon 'n inerte gas is, kan dit vrygestel word van oppervlaktes wat met die atmosfeer in aanraking kom. Die hoeveelheid radon wat uit 'n gegewe massa rots kom, hang af van die hoeveelheid radium en die oppervlakte. Hoe kleiner die rots, hoe meer radon kan dit vrystel. Die konsentrasie Rn in die lug langs radiumbevattende materiale hang ook af van die lugsnelheid. In kelders, grotte en myne wat swak lugsirkulasie het, kan radonkonsentrasies aansienlike vlakke bereik.
Rn verval redelik vinnig en vorm 'n aantal dogter-radionukliede. Sodra dit in die atmosfeer gevorm is, kombineer radonbederfprodukte met fyn stofdeeltjies wat op die grond en plante neerlê, en ook deur diere ingeasem word. Reënval is veral doeltreffend om radioaktiewe elemente uit die lug te verwyder, maar die impak en afsakking van aërosoldeeltjies dra ook by tot hul afsetting.
In gematigde klimate is binnenshuise radonkonsentrasies gemiddeld sowat 5 tot 10 keer hoër as buite.
Oor die afgelope paar dekades het die mens 'n paar honderd radionukliede, gepaardgaande X-strale, bronne, eienskappe "kunsmatig" geproduseer wat toepassings het in medisyne, militêre, kragopwekking, instrumentasie en mineraaleksplorasie.
Individuele effekte van mensgemaakte bronne van bestraling verskil baie. Die meeste mense ontvang 'n relatief klein dosis kunsmatige bestraling, maar sommige ontvang baie duisende keer die bestraling van natuurlike bronne. Mensgemaakte bronne is beterbeheer as natuurlik.
X-straalbronne in medisyne
In die industrie en medisyne word as 'n reël slegs suiwer radionukliede gebruik, wat die identifikasie van lekpaaie vanaf bergingsterreine en die wegdoeningsproses vergemaklik.
Die gebruik van bestraling in medisyne is wydverspreid en het die potensiaal om 'n beduidende impak te hê. Dit sluit X-straalbronne in wat in medisyne gebruik word vir:
- diagnostiek;
- terapie;
- analitiese prosedures;
- pas.
Vir diagnostiek word beide verseëlde bronne en 'n wye verskeidenheid radioaktiewe spoorstowwe gebruik. Mediese instellings onderskei gewoonlik tussen hierdie toepassings as radiologie en kerngeneeskunde.
Is 'n x-straalbuis 'n bron van ioniserende straling? Rekenaartomografie en fluorografie is bekende diagnostiese prosedures wat met die hulp daarvan uitgevoer word. Daarbenewens is daar baie toepassings van isotoopbronne in mediese radiografie, insluitend gamma- en beta-bronne, en eksperimentele neutronbronne vir gevalle waar x-straalmasjiene ongerieflik, onvanpas of gevaarlik kan wees. Uit 'n omgewingsoogpunt hou radiografiese bestraling nie 'n risiko in solank die bronne daarvan aanspreeklik bly en behoorlik weggedoen word nie. In hierdie verband is die geskiedenis van radiumelemente, radonnaalde en radiumbevattende luminescerende verbindings nie bemoedigend nie.
Algemeen gebruikte X-straalbronne gebaseer op 90Srof 147 Nm. Die koms van 252Cf as 'n draagbare neutrongenerator het neutronradiografie wyd beskikbaar gemaak, hoewel die tegniek oor die algemeen steeds baie afhanklik is van die beskikbaarheid van kernreaktors.
Kerngeneeskunde
Die belangrikste omgewingsgevare is radio-isotoop-etikette in kerngeneeskunde en X-straalbronne. Voorbeelde van ongewenste invloede is soos volg:
- bestraling van die pasiënt;
- bestraling van hospitaalpersoneel;
- blootstelling tydens vervoer van radioaktiewe farmaseutiese middels;
- impak tydens produksie;
- blootstelling aan radioaktiewe afval.
In onlangse jare was daar 'n neiging om pasiëntblootstelling te verminder deur die bekendstelling van korterlewende isotope met 'n nouer effek en die gebruik van meer hoogs gelokaliseerde middels.
Korter halfleeftyd verminder die impak van radioaktiewe afval, aangesien meeste van die langlewende elemente deur die niere uitgeskei word.
Die omgewingsimpak van riole hang blykbaar nie af of die pasiënt binne- of buitepasiënt is nie. Terwyl die meeste van die vrygestelde radioaktiewe elemente waarskynlik van korte duur sal wees, oorskry die kumulatiewe effek die besoedelingsvlakke van alle kernkragsentrales saam.
Die radionukliede wat die meeste in medisyne gebruik word, is X-straalbronne:
- 99mTc – skedel- en breinskandering, serebrale bloedskandering, hart, lewer, long, skildklierskandering, plasentale lokalisasie;
- 131I - bloed, lewerskandering, plasentale lokalisering, skildklierskandering en behandeling;
- 51Cr - bepaling van die duur van die bestaan van rooibloedselle of sekwestrasie, bloedvolume;
- 57Co - Schilling-toets;
- 32P – beenmetastases.
Die wydverspreide gebruik van radio-immunotoetsprosedures, urinale ontleding en ander navorsingsmetodes wat gemerkte organiese verbindings gebruik, het die gebruik van vloeibare skitterpreparate aansienlik verhoog. Organiese fosforoplossings, gewoonlik gebaseer op tolueen of xileen, maak 'n redelike groot volume vloeibare organiese afval uit wat weggedoen moet word. Verwerking in vloeibare vorm is potensieel gevaarlik en omgewingsmatig onaanvaarbaar. Om hierdie rede word afvalverbranding verkies.
Aangesien die langlewende 3H of 14C maklik in die omgewing oplos, is hul blootstelling binne die normale omvang. Maar die kumulatiewe effek kan beduidend wees.
Nog 'n mediese gebruik van radionukliede is die gebruik van plutoniumbatterye om pasaangeërs aan te dryf. Duisende mense leef vandag omdat hierdie toestelle hul harte help funksioneer. Verseëlde bronne van 238Pu (150 GBq) word chirurgies in pasiënte ingeplant.
Industriële X-strale: bronne, eienskappe, toepassings
Medisyne is nie die enigste area waarin hierdie deel van die elektromagnetiese spektrum toepassing gevind het nie. Radio-isotope en X-straalbronne wat in die industrie gebruik word, is 'n beduidende deel van die tegnogene stralingsituasie. Toepassingsvoorbeelde:
- industriële radiografie;
- stralingsmeting;
- rookverklikkers;
- selfligende materiale;
- X-straalkristallografie;
- skandeerders vir die sifting van bagasie en handbagasie;
- x-straallasers;
- sinchrotrons;
- siklotrone.
Omdat die meeste van hierdie toepassings die gebruik van ingekapselde isotope behels, vind stralingsblootstelling plaas tydens vervoer, oordrag, instandhouding en wegdoening.
Is 'n X-straalbuis 'n bron van ioniserende straling in die industrie? Ja, dit word gebruik in lughawe nie-vernietigende toetsstelsels, in die studie van kristalle, materiale en strukture, en in industriële beheer. Oor die afgelope dekades het dosisse stralingsblootstelling in die wetenskap en industrie die helfte van die waarde van hierdie aanwyser in medisyne bereik; daarom is die bydrae beduidend.
Ingekapsuleerde X-straalbronne op sigself het min effek. Maar hul vervoer en wegdoening is kommerwekkend wanneer hulle verlore raak of verkeerdelik in 'n stortingsterrein gestort word. Sulke bronneX-strale word gewoonlik as dubbel verseëlde skywe of silinders verskaf en geïnstalleer. Die kapsules is gemaak van vlekvrye staal en vereis periodieke nagaan vir lekkasie. Die wegdoening daarvan kan 'n probleem wees. Kortstondige bronne kan gestoor en afgebreek word, maar selfs dan moet dit behoorlik verreken word en moet oorblywende aktiewe materiaal by 'n gelisensieerde fasiliteit weggedoen word. Andersins moet die kapsules na gespesialiseerde instansies gestuur word. Hulle krag bepaal die materiaal en grootte van die aktiewe deel van die X-straalbron.
X-straal-bronbergingliggings
'n Groeiende probleem is die veilige ontmanteling en dekontaminering van industriële terreine waar radioaktiewe materiaal in die verlede gestoor is. Dit is meestal ouer kernherverwerkingsfasiliteite, maar ander nywerhede moet betrek word, soos aanlegte vir die vervaardiging van selfliggende tritiumtekens.
Langlewende laevlakbronne, wat wydverspreid is, is 'n besondere probleem. Byvoorbeeld, 241Am word in rookverklikkers gebruik. Benewens radon, is dit die hoofbronne van X-straalbestraling in die alledaagse lewe. Individueel hou hulle geen gevaar in nie, maar 'n aansienlike aantal van hulle kan in die toekoms 'n probleem bied.
Kernontploffings
Gedurende die afgelope 50 jaar is almal blootgestel aan bestraling van uitval wat deur kernwapentoetse veroorsaak is. Hulle hoogtepunt was by1954-1958 en 1961-1962.
In 1963 het drie lande (USSR, VSA en Groot-Brittanje) 'n ooreenkoms onderteken oor 'n gedeeltelike verbod op kerntoetse in die atmosfeer, oseaan en die buitenste ruimte. Oor die volgende twee dekades het Frankryk en China 'n reeks baie kleiner toetse uitgevoer, wat in 1980 gestaak is. Ondergrondse toetse is nog aan die gang, maar dit lewer gewoonlik nie neerslag nie.
Radioaktiewe besoedeling van atmosferiese toetse val naby die ontploffingsterrein. Sommige van hulle bly in die troposfeer en word op dieselfde breedtegraad deur die wind om die wêreld gedra. Soos hulle beweeg, val hulle op die grond en bly sowat 'n maand in die lug. Maar die meeste word in die stratosfeer ingestoot, waar besoedeling vir baie maande bly, en stadig oor die planeet sink.
Radioaktiewe uitval sluit 'n paar honderd verskillende radionukliede in, maar slegs 'n paar daarvan kan die menslike liggaam beïnvloed, so hul grootte is baie klein, en verval is vinnig. Die belangrikste is C-14, Cs-137, Zr-95 en Sr-90.
Zr-95 het 'n halfleeftyd van 64 dae, terwyl Cs-137 en Sr-90 ongeveer 30 jaar het. Slegs koolstof-14, met 'n halfleeftyd van 5730, sal tot ver in die toekoms aktief bly.
Kernenergie
Kernkrag is die mees omstrede van alle antropogeniese stralingsbronne, maar dit dra baie min by tot die impak op menslike gesondheid. Tydens normale werking stel kernfasiliteite weglaatbare hoeveelhede straling in die omgewing vry. Februarie 2016Daar was 442 siviele kernreaktors in 31 lande en nog 66 was in aanbou. Dit is slegs deel van die kernbrandstofproduksiesiklus. Dit begin met die ontginning en maal van uraanerts en gaan voort met die vervaardiging van kernbrandstof. Nadat dit in kragsentrales gebruik is, word brandstofselle soms herverwerk om uraan en plutonium te herwin. Op die ou end eindig die siklus met die wegdoening van kernafval. In elke stadium van hierdie siklus kan radioaktiewe materiaal vrygestel word.
Ongeveer die helfte van die wêreld se uraanertsproduksie kom van oop groef, die ander helfte van myne. Dit word dan by nabygeleë brekers vergruis, wat 'n groot hoeveelheid afval produseer – honderde miljoene ton. Hierdie afval bly vir miljoene jare radioaktief nadat die aanleg se werksaamhede gestaak het, hoewel bestraling 'n baie klein fraksie van die natuurlike agtergrond is.
Daarna word die uraan in brandstof verander deur verdere verwerking en suiwering by verrykingsaanlegte. Hierdie prosesse lei tot lug- en waterbesoedeling, maar dit is baie minder as in ander stadiums van die brandstofsiklus.
