Radioaktiivne allikas on teatud kogus radionukliidi, mis kiirgab ioniseerivat kiirgust. Viimane hõlmab tavaliselt gammakiirgust, alfa- ja beetaosakesi ning neutronkiirgust.
Allikate roll
Neid saab kasutada kiiritamiseks, kui kiirgus täidab ioniseerivat funktsiooni, või metroloogilise kiirguse allikana radiomeetrilise protsessi ja mõõteriistade kalibreerimiseks. Neid kasutatakse ka selliste tööstuslike protsesside jälgimiseks nagu paksuse mõõtmine paberi- ja terasetööstuses. Allikad võib sulgeda anumasse (kõrge läbitungiv kiirgus) või asetada pinnale (madala läbitungiv kiirgus) või vedelikku.
Tähendus ja rakendus
Kiirgusallikana kasutatakse neid meditsiinis kiiritusravis ning tööstuses radiograafias ja kiiritamisestoit, steriliseerimine, kahjuritõrje ja PVC-kiirguse ristsidumine.
Radionukliidid
Radionukliidid valitakse vastav alt kiirguse tüübile ja iseloomule, selle intensiivsusele ja poolestusajale. Levinud radionukliidide allikad on koob alt-60, iriidium-192 ja strontsium-90. SI allika aktiivsuse suuruse mõõt on Becquerel, kuigi ajalooline Curie ühik on endiselt osaliselt kasutusel, näiteks USA-s, hoolimata sellest, et USA NIST soovitab tungiv alt SI ühikut kasutada. Tervishoiu eesmärgil on see ELis kohustuslik.
Eluaeg
Kiirgusallikas elab tavaliselt 5–15 aastat, enne kui selle aktiivsus langeb ohutule tasemele. Kui aga saadaval on pika poolestusajaga radionukliidid, saab neid kalibreerimisvahenditena kasutada palju kauem.
Suletud ja peidetud
Paljud radioaktiivsed allikad on suletud. See tähendab, et need on püsiv alt kas täielikult kapslis või tahke ainega kindl alt pinnaga seotud. Kapslid on tavaliselt valmistatud roostevabast terasest, titaanist, plaatinast või muust inertsest metallist. Suletud allikate kasutamine välistab praktiliselt igasuguse radioaktiivse materjali ebaõige käitlemise tõttu keskkonda hajumise riski, kuid konteiner ei ole mõeldud kiirgust summutama, mistõttu on kiirguskaitseks vajalik täiendav varjestus. Suletud kasutatakse ka peaaegu kõigil juhtudel, kui mittenõutav on keemiline või füüsikaline lisamine vedelikku või gaasi.
IAEA klassifitseerib kinnised allikad vastav alt nende tegevusele seoses minimaalselt ohtliku radioaktiivse objektiga (mis võib inimestele olulist kahju tekitada). Kasutatud suhe on A/D, kus A on lähtetegevus ja D on minimaalne ohtlik tegevus.
Pange tähele, et piisav alt madala radioaktiivse saagisega allikaid (näiteks suitsuandurites kasutatavad), et inimesi mitte kahjustada, ei klassifitseerita.
Kapslid
Beeta-, gamma- ja röntgeniseadmete kalibreerimiseks kasutatakse kapsliallikaid, kus kiirgus tuleb tõhus alt punktist. Viimasel ajal on need olnud ebapopulaarsed nii tööstusobjektidena kui ka õppeobjektidena.
plaatvedrud
Neid kasutatakse laialdaselt radioaktiivse saaste seadmete kalibreerimiseks. See tähendab, et tegelikult mängivad nad omamoodi imeliste loendurite rolli.
Erinev alt kapselallikast peab plaatallika eralduv taust asuma pinnal, et vältida anuma pleekimist või iseseisvust materjali olemuse tõttu. See on eriti oluline alfaosakeste puhul, mida väike mass kergesti peatab. Braggi kõver näitab atmosfääriõhu summutamise mõju.
Avamata
Avamata allikad on need, mis ei ole püsiv alt suletud mahutis ja mida kasutatakse laialdaselt meditsiinilistel eesmärkidel. Neid kohaldatakse juhtudelkui allikas tuleb lahustada vedelikus patsiendile süstimiseks või allaneelamiseks. Neid kasutatakse ka tööstuses sarnasel viisil lekete tuvastamiseks kui radioaktiivset märgistust.
Taaskasutus ja keskkonnaaspektid
Aegunud radioaktiivsete allikate kõrvaldamine tekitab sarnaseid probleeme teiste tuumajäätmete kõrvaldamisega, kuigi vähemal määral. Kasutatud madala tasemega allikad on mõnikord piisav alt passiivsed, et need tavapärastel jäätmekäitlusmeetoditel, tavaliselt prügilas, kõrvaldada. Teised kõrvaldamismeetodid on sarnased kõrgema radioaktiivse aktiivsusega jäätmete puhul kasutatavatele, kasutades erinevat puurauku sügavust sõltuv alt jäätmete aktiivsusest.
Sellise objekti hooletu käsitsemise tuntud juhtum oli õnnetus Goianias, mis viis mitme inimese surmani.
Taustakiirgus
Taustkiirgus on Maal alati olemas. Suurem osa taustkiirgusest pärineb looduslikult mineraalidest, väike osa aga tehiselementidest. Looduslikud radioaktiivsed mineraalid maas, pinnases ja vees tekitavad taustkiirgust. Inimkeha sisaldab isegi mõnda neist looduslikest radioaktiivsetest mineraalidest. Kosmiline kiirgus aitab kaasa ka meid ümbritsevale kiirgusfoonile. Loodusliku taustkiirguse tasemed võivad erinevates kohtades olla suured, samuti võivad aja jooksul muutuda samas asukohas. Looduslikud radioisotoobid on väga tugeva taustagaemitterid.
Kosmiline kiirgus
Kosmiline kiirgus pärineb äärmiselt energilistest osakestest Päikeselt ja tähtedelt, mis sisenevad Maa atmosfääri. See tähendab, et neid taevakehi võib nimetada radioaktiivse kiirguse allikateks. Mõned osakesed tabavad maapinda, teised aga suhtlevad atmosfääriga, tekitades erinevat tüüpi kiirgust. Tase tõuseb radioaktiivsele objektile lähemale jõudes, seega suureneb kosmilise kiirguse hulk tavaliselt proportsionaalselt tõusuga. Mida kõrgem on kõrgus, seda suurem on annus. Seetõttu saavad Colorados Denveris (5280 jalga) elavad inimesed kosmilisest kiirgusest suuremat aastane kiirgusdoosi kui kõik, kes elavad merepinnal (0 jalga).
Uraani kaevandamine Venemaal on endiselt vastuoluline ja "kuum" teema, sest see töö on äärmiselt ohtlik. Loomulikult nimetatakse maapinnas leiduvat uraani ja tooriumi primaarseteks radionukliidideks ja need on maapealse kiirguse allikad. Uraani, tooriumi ja nende lagunemissaaduste jälgi võib leida kõikjal. Lisateave radioaktiivse lagunemise kohta. Maapealse kiirguse tase on asukohati erinev, kuid piirkondades, kus uraani ja tooriumi kontsentratsioon pinnamuldades on suurem, on tavaliselt suurem doos. Seetõttu on Venemaal uraani kaevandamisega seotud inimesed suures ohus.
Kiirgus ja inimesed
Inimese organismist võib leida radioaktiivsete ainete jälgi (peamiselt looduslik kaalium-40). Elementi leidub toidus, pinnases ja vees, mida meieaktsepteerima. Meie kehad sisaldavad väikeses koguses kiirgust, kuna keha metaboliseerib kaaliumi ja muude elementide mitteradioaktiivseid ja radioaktiivseid vorme samal viisil.
Väike osa taustkiirgusest pärineb inimtegevusest. Tuumarelvakatsetuste ja Ukrainas Tšernobõli tuumaelektrijaamas juhtunuga sarnaste õnnetuste tagajärjel on keskkonda sattunud jälgi radioaktiivseid elemente. Tuumareaktorid eraldavad väikeses koguses radioaktiivseid elemente. Tööstuses ja isegi mõnedes tarbekaupades kasutatavad radioaktiivsed materjalid eraldavad väikeses koguses taustkiirgust.
Me kõik puutume iga päev kokku kiirgusega, mis pärineb looduslikest allikatest, nagu maapealsed mineraalid, ja tehisallikatest, nagu meditsiinilised röntgenikiirgused. Riikliku kiirguskaitse ja mõõtmise nõukogu (NCRP) andmetel on inimeste keskmine aastane kokkupuude kiirgusega Ameerika Ühendriikides 620 milliremi (6,2 millisiivertit).
Looduses
Radioaktiivseid aineid leidub sageli looduses. Mõnda neist leidub pinnases, kivimites, vees, õhus ja taimestikus, kust neid sisse hingatakse ja neelatakse. Lisaks sellele sisemisele kiirgusele saavad inimesed ka väliskiirgust kehast väljapoole jäävatest radioaktiivsetest materjalidest ja kosmilisest kiirgusest kosmosest. Inimeste keskmine päevane loomulik doos on umbes 2,4 mSv (240 mrem) aastas.
See on neli korda suuremglobaalne keskmine kokkupuude tehiskiirgusega maailmas, mis 2008. aastal oli umbes 0,6 mrem (60 Rem) aastas. Mõnes jõukas riigis, näiteks USA-s ja Jaapanis, ületab kunstlik kiiritus keskmiselt loomulikku kokkupuudet, kuna juurdepääs konkreetsetele meditsiiniseadmetele on suurem. Euroopas on keskmine loodusliku taustaga kokkupuude erinevates riikides vahemikus 2 mSv (200 mrem) aastas Ühendkuningriigis kuni üle 7 mSv (700 mrem) mõne inimrühma puhul Soomes.
Igapäevane kokkupuude
Looduslikest allikatest tulenev kokkupuude on igapäevaelu lahutamatu osa nii tööl kui ka avalikes kohtades. Sellised kokkupuuted ei ole enamikul juhtudel avalikkusele muret tekitavad või üldse mitte, kuid teatud olukordades tuleb arvestada tervisekaitsemeetmetega, näiteks uraani- ja tooriumimaakide ning muude looduslikult esinevate radioaktiivsete materjalidega (NORM) töötamisel. Need olukorrad on viimastel aastatel muutunud ameti tähelepanu keskpunktiks. Ja seda, mainimata näiteid radioaktiivsete ainete eraldumisega seotud õnnetustest, nagu katastroof Tšernobõli tuumaelektrijaamas ja Fukushimas, mis sundis teadlasi ja poliitikuid üle kogu maailma oma suhtumist "rahumeelsesse aatomisse" ümber vaatama.
Maa kiirgus
Maa kiirgus hõlmab ainult neid allikaid, mis jäävad kehast väljapoole. Kuid samal ajal on need jätkuv alt ohtlikud radioaktiivsed kiirgusallikad. Peamised murettekitavad radionukliidid on kaalium, uraan ja toorium, nende lagunemissaadused. Jamõned, näiteks raadium ja radoon, on väga radioaktiivsed, kuid esinevad madalas kontsentratsioonis. Nende objektide arv on pärast Maa teket vääramatult vähenenud. Praegune uraan-238 olemasoluga seotud kiirgusaktiivsus on poole väiksem kui meie planeedi eksisteerimise alguses. See on tingitud selle poolestusajast, mis on 4,5 miljardit aastat, ja kaalium-40 puhul (poolestusaeg 1,25 miljardit aastat) on see vaid umbes 8% algsest. Kuid inimkonna eksisteerimise ajal on kiirguse hulk väga pisut vähenenud.
Paljud lühema poolestusajaga (ja seetõttu ka kõrge radioaktiivsusega) isotoobid ei ole lagunenud nende pideva loodusliku tootmise tõttu. Selle näiteks on raadium-226 (toorium-230 lagunemissaadus uraan-238 lagunemisahelas) ja radoon-222 (raadium-226 lagunemissaadus selles ahelas).
Toorium ja uraan
Radioaktiivsed keemilised elemendid toorium ja uraan läbivad enamasti alfa- ja beetalagunemise ning neid ei ole lihtne tuvastada. See muudab nad väga ohtlikuks. Sama võib aga öelda prootonikiirguse kohta. Paljud nende elementide kõrv altuletised on aga ka tugevad gammakiirgurid. Toorium-232 tuvastatakse 239 keV piigiga pliist-212, 511, 583 ja 2614 keV tallium-208 ning 911 ja 969 keV aktiinium-228 piigiga. Radioaktiivne keemiline element uraan-238 ilmub vismut-214 piikidena 609, 1120 ja 1764 keV juures (vt sama piiki atmosfääri radooni kohta). Kaalium-40 tuvastatakse otse 1461 gamma piigi kaudukeV.
Tase mere ja teiste suurte veekogude kohal kipub olema umbes kümnendik maakera taustast. Seevastu rannikualad (ja magevee lähedal asuvad piirkonnad) võivad hajutatud setetest täiendav alt kaasa tuua.
Radon
Suurim radioaktiivse kiirguse allikas looduses on õhu kaudu leviv radoon, maapinnast eralduv radioaktiivne gaas. Radoon ja selle isotoobid, lähteradionukliidid ja lagunemissaadused moodustavad keskmise sissehingatava doosi 1,26 mSv/aastas (millisiivert aastas). Radoon jaotub ebaühtlaselt ja varieerub vastav alt ilmastikule, nii et paljudes maailma paikades kasutatakse palju suuremaid doose, kus see kujutab endast olulist terviseriski. Maailma keskmisest 500 korda suuremaid kontsentratsioone on leitud Skandinaavias, USA-s, Iraanis ja Tšehhis hoonete seest. Radoon on uraani lagunemissaadus, mis on maakoores suhteliselt levinud, kuid kontsentreerub rohkem maagi sisaldavates kivimites, mis on laiali üle maailma. Radoon lekib nendest maakidest atmosfääri või põhjavette ning imbub ka hoonetesse. Seda võib koos lagunemissaadustega sisse hingata kopsudesse, kus need jäävad pärast kokkupuudet mõneks ajaks alles. Sel põhjusel on radoon klassifitseeritud looduslikuks kiirgusallikaks.
Radooni kokkupuude
Kuigi radoon esineb looduslikult, võib selle mõju suurendada või vähendada inimtegevus, näiteks maja ehitamine. Halvasti suletud kelderHästi isoleeritud kodu võib põhjustada radooni kogunemist kodus, seades ohtu selle elanikud. Hästi isoleeritud ja suletud kodude laialdane ehitamine põhjapoolsetes tööstusriikides on viinud selleni, et radoon on muutunud mõnes Põhja-Ameerika ja Euroopa põhjaosa kogukondades peamiseks taustkiirguse allikaks. Mõned ehitusmaterjalid, nagu kergbetoon kivimaarja, fosfokipsi ja itaalia tufiga, võivad radooni eraldada, kui need sisaldavad raadiumi ja on gaasi suhtes poorsed.
Radoonist tulenev kiirgus on kaudne. Radoonil on lühike poolestusaeg (4 päeva) ja see laguneb teisteks raadiumi seeria radioaktiivsete nukliidide tahketeks osakesteks. Need radioaktiivsed elemendid hingatakse sisse ja jäävad kopsudesse, põhjustades pikaajalist kokkupuudet. Seega arvatakse, et radoon on suitsetamise järel teine kopsuvähi põhjus ja põhjustab ainuüksi USA-s aastas 15 000–22 000 vähisurma. Arutelu vastupidiste katsetulemuste üle siiski jätkub.
Suurema osa atmosfääri taustast põhjustavad radoon ja selle lagunemissaadused. Gamma spekter näitab märgatavaid piike 609, 1120 ja 1764 keV juures, mis kuuluvad radooni lagunemissaadusele vismut-214. Atmosfääri foon sõltub tugev alt tuule suunast ja ilmastikutingimustest. Radoon võib vabaneda maapinnast ka pursketena ja seejärel moodustada "radoonipilvi", mis võivad liikuda kümneid kilomeetreid.
Ruumi taust
Maa ja kõik sellel asuv elusolend on pidev altmida pommitab kosmosekiirgus. See kiirgus koosneb peamiselt positiivselt laetud ioonidest, prootonitest rauani, ja suurematest tuumadest, mis on toodetud väljaspool meie päikesesüsteemi. See kiirgus interakteerub atmosfääri aatomitega, luues sekundaarse õhuvoolu, sealhulgas röntgenikiirgust, müüone, prootoneid, alfaosakesi, pione, elektrone ja neutroneid.
Kosmilise kiirguse otsene doos pärineb peamiselt müüonitest, neutronitest ja elektronidest ning see varieerub erinevates maailma piirkondades sõltuv alt geomagnetväljast ja kõrgusest. Näiteks Denveri linn Ameerika Ühendriikides (1650 meetri kõrgusel) saab umbes kaks korda suurema doosi kosmilisi kiiri kui merepinnal.
See kiirgus on palju tugevam troposfääri ülaosas umbes 10 km kõrgusel ja on seetõttu eriti murettekitav meeskonnaliikmetele ja tavareisijatele, kes veedavad selles keskkonnas aastas palju tunde. Erinevate uuringute kohaselt saavad lennumeeskonnad lendude ajal tavaliselt täiendavat tööaega tekitatavat doosi vahemikus 2,2 mSv (220 mrem) aastas kuni 2,19 mSv aastas.
Kiirgus orbiidil
Samamoodi põhjustavad kosmilised kiired astronautidele suuremat taustavalgust kui Maa pinnal viibivatele inimestele. Madalatel orbiitidel töötavad astronaudid, näiteks rahvusvaheliste kosmosejaamade või süstikute töötajad, on osaliselt kaitstud Maa magnetvälja poolt, kuid kannatavad ka nn Van Alleni vöö käes, mis on Maa magnetvälja tagajärg. Väljaspool madalat Maa orbiiti, naguKuule reisivate Apollo astronautide poolt kogetud taustkiirgus on palju intensiivsem ja kujutab endast olulist takistust potentsiaalsele pikaajalisele inimesele Kuu või Marsi uurimisel.
Kosmilised mõjud põhjustavad atmosfääris ka elementide transmutatsiooni, mille käigus nende tekitatud sekundaarne kiirgus ühineb atmosfääris olevate aatomituumadega, moodustades erinevaid nukliide. Toota saab palju nn kosmogeenseid nukliide, kuid ilmselt kõige tähelepanuväärsem on süsinik-14, mis tekib lämmastikuaatomitega vastasmõjul. Need kosmogeensed nukliidid jõuavad lõpuks Maa pinnale ja neid saab siduda elusorganismidega. Nende nukliidide tootmine varieerub veidi lühiajaliste päikesevoo metamorfooside ajal, kuid seda peetakse praktiliselt konstantseks suurtes mastaapides – tuhandetest miljonite aastateni. Süsinik-14 pidev tootmine, lisamine ja suhteliselt lühike poolestusaeg on põhimõtted, mida kasutatakse iidsete bioloogiliste materjalide, näiteks puidust esemete või inimjäänuste radiosüsiniku dateerimisel.
Gammakiired
Kosmiline kiirgus merepinnal ilmneb tavaliselt 511 keV gammakiirgusena, mis tuleneb suure energiaga osakeste ja gammakiirte tuumareaktsioonidest põhjustatud positroni annihilatsioonist. Suurtel kõrgustel annab oma panuse ka pidev bremsstrahlungi spekter. Seetõttu peetakse teadlaste seas päikesekiirguse ja kiirgusbilansi küsimust väga oluliseks.
Kiirgus kehas
Kaks kõige olulisemat inimkeha moodustavat elementi, nimelt kaalium ja süsinik, sisaldavad isotoope, mis suurendavad oluliselt meie taustkiirguse doosi. See tähendab, et need võivad olla ka radioaktiivse kiirguse allikad.
Ohtlikud keemilised elemendid ja ühendid kipuvad kogunema. Keskmine inimkeha sisaldab umbes 17 milligrammi kaalium-40 (40K) ja umbes 24 nanogrammi (10-8 g) süsinik-14 (14C) (poolestusaeg - 5730 aastat). Välja arvatud sisemine saastumine väliste radioaktiivsete materjalidega, on need kaks elementi inimkeha bioloogiliselt funktsionaalsete komponentidega kokkupuute suurimad komponendid. Umbes 4000 tuuma laguneb kiirusega 40K sekundis ja sama palju 14C juures. 40K juures moodustunud beetaosakeste energia on ligikaudu 10 korda suurem kui 14C juures moodustunud beetaosakeste energia.
14C on inimkehas umbes 3700 Bq (0,1 µCi) ja bioloogiline poolestusaeg on 40 päeva. See tähendab, et 14C lagunemine tekitab umbes 3700 beetaosakest sekundis. Ligikaudu pooled inimese rakkudest sisaldavad 14C aatomit.
Radoonist ja selle lagunemissaadustest lähtuvate radionukliidide globaalne keskmine sisedoos on 0,29 mSv/a, millest 0,17 mSv/a on 40K juures, 0,12 mSv/a pärineb uraani seeriast ja tooriumist ning 12 μSv / aasta - alates 14C. Samuti väärib märkimist, et sageli on ka meditsiinilised röntgeniaparaadidradioaktiivsed, kuid nende kiirgus ei ole inimestele ohtlik.
