Läbi Maa eluajaloo on organismid pidev alt kokku puutunud kosmiliste kiirte ja nende poolt atmosfääris tekkivate radionukliididega, samuti looduses kõikjal leiduvate ainete kiirgusega. Kaasaegne elu on kohanenud kõigi keskkonna omaduste ja piirangutega, sealhulgas looduslike röntgenikiirguse allikatega.
Kuigi kõrge kiirgustase on organismidele kindlasti kahjulik, on teatud tüüpi kiirgus eluks hädavajalik. Näiteks aitas kiirgusfoon kaasa keemilise ja bioloogilise evolutsiooni põhiprotsessidele. Ilmselge on ka tõsiasi, et Maa südamiku soojuse annab ja säilitab primaarsete looduslike radionukliidide lagunemissoojus.
Kosmilised kiired
Maavälist päritolu kiirgust, mis Maad pidev alt pommitab, nimetataksetühik.
Asjaolu, et see läbitungiv kiirgus jõuab meie planeedile avakosmosest, mitte Ma alt, avastati katsetes ionisatsiooni mõõtmiseks erinevatel kõrgustel merepinnast kuni 9000 m. Leiti, et ioniseeriva kiirguse intensiivsus langes kuni 700 m kõrguseni ja tõusis seejärel kiiresti tõusuga. Esialgset vähenemist võib seletada maapealsete gammakiirte intensiivsuse vähenemisega ja suurenemisega kosmiliste kiirte toimega.
Röntgenikiirguse allikad kosmoses on järgmised:
- galaktikate rühmad;
- Seyferti galaktikad;
- Päike;
- tärnid;
- kvaasarid;
- mustad augud;
- supernoova jäänused;
- valged kääbused;
- tumedad tähed jne
Sellise kiirguse tõestuseks on näiteks Maal pärast päikesepurskeid täheldatud kosmiliste kiirte intensiivsuse suurenemine. Kuid meie täht ei anna peamist panust koguvoosse, kuna selle igapäevased kõikumised on väga väikesed.
Kaks tüüpi kiiri
Kosmilised kiired jagunevad primaarseteks ja sekundaarseteks. Kiirgust, mis ei interakteeru Maa atmosfääris, litosfääris ega hüdrosfääris oleva ainega, nimetatakse primaarseks. See koosneb prootonitest (≈ 85%) ja alfaosakestest (≈ 14%), kusjuures raskemate tuumade voog on palju väiksem (< 1%). Sekundaarsed kosmilised röntgenikiirgused, mille kiirgusallikad on primaarne kiirgus ja atmosfäär, koosnevad subatomilistest osakestest, nagu pioonid, müüonid jaelektronid. Merepinnal koosneb peaaegu kogu vaadeldav kiirgus sekundaarsetest kosmilistest kiirtest, millest 68% on müüonid ja 30% elektronid. Vähem kui 1% voost merepinnal koosneb prootonitest.
Esmastel kosmilistel kiirtel on reeglina tohutu kineetiline energia. Need on positiivselt laetud ja saavad energiat magnetväljas kiirendades. Kosmose vaakumis võivad laetud osakesed eksisteerida pikka aega ja liikuda miljoneid valgusaastaid. Selle lennu ajal omandavad nad suure kineetilise energia, suurusjärgus 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). Üksikute osakeste energia on kuni 1010 GeV.
Primaarsete kosmiliste kiirte suured energiad võimaldavad neil põrkes sõna otseses mõttes lõhestada Maa atmosfääri aatomeid. Koos neutronite, prootonite ja subatomiliste osakestega võivad tekkida kerged elemendid nagu vesinik, heelium ja berüllium. Muuonid on alati laetud ja lagunevad kiiresti elektronideks või positroniteks.
Magnetic Shield
Kosmiliste kiirte intensiivsus suureneb tõusuga järsult, kuni saavutab maksimumi umbes 20 km kõrgusel. 20 km kauguselt atmosfääri piirini (kuni 50 km) intensiivsus väheneb.
Seda mustrit seletatakse sekundaarse kiirguse tootmise suurenemisega õhutiheduse suurenemise tagajärjel. 20 km kõrgusel on suurem osa primaarsest kiirgusest juba interaktsiooni astunud ning intensiivsuse vähenemine 20 km pe alt merepinnani peegeldab sekundaarsete kiirte neeldumist.atmosfäär, mis võrdub umbes 10 meetri veepinnaga.
Kiirguse intensiivsus on samuti seotud laiuskraadiga. Samal kõrgusel suureneb kosmiline vool ekvaatorilt laiuskraadini 50–60° ja püsib konstantsena kuni poolusteni. Seda seletatakse Maa magnetvälja kuju ja primaarkiirguse energia jaotusega. Atmosfäärist väljapoole ulatuvad magnetvälja jooned on ekvaatoril tavaliselt paralleelsed maapinnaga ja poolustel risti. Laetud osakesed liiguvad kergesti mööda magnetvälja jooni, kuid põikisuunas vaev alt ületavad seda. Poolustelt kuni 60°-ni jõuab peaaegu kogu primaarne kiirgus Maa atmosfääri ja ekvaatoril suudavad magnetkilbist läbi tungida ainult osakesed, mille energia on üle 15 GeV.
Teisesed röntgeniallikad
Kosmiliste kiirte ja aine vastasmõju tulemusena tekib pidev alt märkimisväärne kogus radionukliide. Enamik neist on fragmendid, kuid osa neist on tekkinud stabiilsete aatomite aktiveerumisel neutronite või müüonitega. Radionukliidide loomulik tootmine atmosfääris vastab kosmilise kiirguse intensiivsusele kõrgusel ja laiuskraadil. Umbes 70% neist pärinevad stratosfäärist ja 30% troposfäärist.
Välja arvatud H-3 ja C-14, leidub radionukliide tavaliselt väga madalates kontsentratsioonides. Triitium lahjendatakse ja segatakse vee ja H-2-ga ning C-14 ühineb hapnikuga, moodustades CO2, mis seguneb atmosfääri süsinikdioksiidiga. Süsinik-14 siseneb taimedesse fotosünteesi teel.
Maa kiirgus
Paljudest koos Maaga tekkinud radionukliididest on vaid mõnel poolväärtusaeg piisav alt pikk, et selgitada nende praegust olemasolu. Kui meie planeet tekkis umbes 6 miljardit aastat tagasi, vajaks nende poolestusaega vähem alt 100 miljonit aastat, et püsida mõõdetavates kogustes. Seni avastatud primaarsetest radionukliididest on kolm kõige olulisemat. Röntgenikiirguse allikaks on K-40, U-238 ja Th-232. Uraan ja toorium moodustavad kumbki lagunemissaaduste ahela, mis on peaaegu alati algse isotoobi juuresolekul. Kuigi paljud tütarradionukliidid on lühiealised, on nad keskkonnas tavalised, kuna moodustuvad pidev alt pikaealistest lähtematerjalidest.
Teised ürgsed pikaealised röntgenikiirgusallikad on lühid alt väga madalas kontsentratsioonis. Need on Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 jne. Looduslikult esinevad neutronid moodustavad palju teisi radionukliide, kuid nende kontsentratsioon on tavaliselt väga madal. Aafrikas Gabonis asuv Oklo karjäär sisaldab tõendeid "loodusliku reaktori" kohta, milles toimusid tuumareaktsioonid. U-235 ammendumine ja lõhustumisproduktide esinemine rikas uraani ladestus näitab, et siin toimus spontaanselt esile kutsutud ahelreaktsioon umbes 2 miljardit aastat tagasi.
Kuigi ürgseid radionukliide leidub kõikjal, on nende kontsentratsioon asukohati erinev. PeamineLoodusliku radioaktiivsuse reservuaar on litosfäär. Lisaks muutub see litosfääris oluliselt. Mõnikord seostatakse seda teatud tüüpi ühendite ja mineraalidega, mõnikord on see puht alt piirkondlik, millel on väike korrelatsioon kivimite ja mineraalidega.
Primaarsete radionukliidide ja nende järglaste lagunemissaaduste jaotus looduslikes ökosüsteemides sõltub paljudest teguritest, sealhulgas nukliidide keemilistest omadustest, ökosüsteemi füüsikalistest teguritest ning taimestiku ja loomastiku füsioloogilistest ja ökoloogilistest omadustest. Kivimite, nende peamise veehoidla, murenemine varustab pinnasega U, Th ja K. Selles ülekandes osalevad ka Th ja U lagunemissaadused. Mullast omastavad taimed K, Ra, veidi U ja väga vähe Th. Nad kasutavad kaalium-40 samamoodi nagu stabiilset K. Raadiumi, U-238 lagunemissaadust, kasutab taim mitte seetõttu, et see on isotoop, vaid seetõttu, et see on k altsiumile keemiliselt lähedane. Uraani ja tooriumi omastamine taimede poolt on üldiselt tühine, kuna need radionukliidid on tavaliselt lahustumatud.
Radon
Kõigist loodusliku kiirguse allikatest on kõige olulisem maitsetu ja lõhnatu element, nähtamatu gaas, mis on 8 korda õhust raskem, radoon. See koosneb kahest peamisest isotoobist – radoon-222, üks U-238 lagunemissaadustest, ja radoon-220, mis tekkis Th-232 lagunemisel.
Kivimid, pinnas, taimed ja loomad eraldavad radooni atmosfääri. Gaas on raadiumi lagunemissaadus ja seda toodetakse mis tahes materjalistmis seda sisaldab. Kuna radoon on inertgaas, võib see eralduda atmosfääriga kokkupuutuvatelt pindadelt. Radooni kogus, mis väljub antud kivimimassist, sõltub raadiumi kogusest ja pinnast. Mida väiksem on kivim, seda rohkem radooni võib see vabastada. Õhu kiirusest sõltub ka Rn kontsentratsioon õhus raadiumi sisaldavate materjalide kõrval. Halva õhuringlusega keldrites, koobastes ja kaevandustes võib radooni kontsentratsioon jõuda märkimisväärse tasemeni.
Rn laguneb üsna kiiresti ja moodustab hulga tütarradionukliide. Atmosfääris moodustunud radooni lagunemissaadused ühinevad peente tolmuosakestega, mis settivad pinnasele ja taimedele ning mida hingavad sisse ka loomad. Sademed on eriti tõhusad radioaktiivsete elementide õhust eemaldamisel, kuid aerosooliosakeste kokkupõrge ja settimine soodustavad ka nende sadestumist.
Parasvöötmes on radooni kontsentratsioon siseruumides keskmiselt umbes 5–10 korda kõrgem kui väljas.
Viimaste aastakümnete jooksul on inimene "kunstlikult" tootnud mitusada radionukliide, nendega seotud röntgenikiirgust, allikaid ja omadusi, mida saab kasutada meditsiinis, sõjaväes, elektritootmises, instrumentides ja maavarade uurimises.
Inimtekkeliste kiirgusallikate individuaalsed mõjud on väga erinevad. Enamik inimesi saab suhteliselt väikese doosi kunstlikku kiirgust, kuid mõned saavad looduslikest allikatest pärit kiirgust tuhandeid kordi rohkem. Inimtekkelised allikad on paremadkontrollitud kui loomulik.
Röntgenikiirguse allikad meditsiinis
Tööstuses ja meditsiinis kasutatakse reeglina ainult puhtaid radionukliide, mis lihtsustab ladustamiskohtadest pärinevate lekketeede tuvastamist ja kõrvaldamise protsessi.
Kiirguse kasutamine meditsiinis on lai alt levinud ja sellel võib olla märkimisväärne mõju. See hõlmab röntgenikiirguse allikaid, mida kasutatakse meditsiinis:
- diagnostika;
- teraapia;
- analüütilised protseduurid;
- tempo.
Diagnostika jaoks kasutatakse nii kinniseid allikaid kui ka mitmesuguseid radioaktiivseid märgistusaineid. Meditsiiniasutused eristavad üldiselt selliseid rakendusi nagu radioloogia ja nukleaarmeditsiin.
Kas röntgenitoru on ioniseeriva kiirguse allikas? Kompuutertomograafia ja fluorograafia on tuntud diagnostilised protseduurid, mida tehakse selle abiga. Lisaks on meditsiiniradiograafias palju isotoopide allikate rakendusi, sealhulgas gamma- ja beetaallikaid ning eksperimentaalseid neutroniallikaid juhtudel, kui röntgeniaparaadid on ebamugavad, sobimatud või võivad olla ohtlikud. Keskkonna seisukohast ei kujuta radiograafiline kiirgus ohtu seni, kuni selle allikad on vastutavad ja nõuetekohaselt kõrvaldatud. Sellega seoses ei ole raadiumielementide, radooninõelte ja raadiumi sisaldavate luminestsentsühendite ajalugu julgustav.
Tavaliselt kasutatavad röntgeniallikad, mis põhinevad 90Srvõi 147 Pm. 252Cf kui kaasaskantava neutronite generaatori tulek on muutnud neutronradiograafia laialdaselt kättesaadavaks, kuigi üldiselt sõltub see tehnika endiselt suuresti tuumareaktorite saadavusest.
Tuumameditsiin
Peamised keskkonnaohud on radioisotoopide märgised tuumameditsiinis ja röntgenikiirgusallikates. Soovimatute mõjude näited on järgmised:
- patsiendi kiiritamine;
- haigla personali kiiritamine;
- kokkupuude radioaktiivsete ravimite transportimise ajal;
- mõju tootmise ajal;
- radioaktiivsete jäätmetega kokkupuude.
Viimastel aastatel on täheldatud suundumust vähendada patsiendi kokkupuudet lühema elueaga isotoopide kasutuselevõtuga, millel on kitsam toime, ja kasutades rohkem lokaliseeritud ravimeid.
Lühem poolestusaeg vähendab radioaktiivsete jäätmete mõju, kuna suurem osa pikaealistest elementidest eritub neerude kaudu.
Paistab, et kanalisatsiooni keskkonnamõju ei sõltu sellest, kas patsient on statsionaarne või ambulatoorne. Kuigi enamik eralduvaid radioaktiivseid elemente on tõenäoliselt lühiajalised, ületab kumulatiivne mõju kaugelt kõigi tuumaelektrijaamade saastetasemeid kokku.
Meditsiinis kõige sagedamini kasutatavad radionukliidid on röntgenikiirgusallikad:
- 99mTc – kolju ja aju skaneerimine, ajuvere skaneerimine, südame-, maksa-, kopsu-, kilpnäärme skaneerimine, platsenta lokaliseerimine;
- 131I - veri, maksa skaneerimine, platsenta lokaliseerimine, kilpnäärme skaneerimine ja ravi;
- 51Cr - punaste vereliblede olemasolu või sekvestratsiooni kestuse, veremahu määramine;
- 57Co – Schillingu test;
- 32P – luumetastaasid.
Radioimmuunanalüüsi protseduuride, uriinianalüüsi ja muude märgistatud orgaanilisi ühendeid kasutavate uurimismeetodite laialdane kasutamine on oluliselt suurendanud vedelate stsintillatsioonipreparaatide kasutamist. Tavaliselt tolueenil või ksüleenil põhinevad orgaanilised fosforilahused moodustavad üsna suure koguse vedelaid orgaanilisi jäätmeid, mis tuleb kõrvaldada. Töötlemine vedelal kujul on potentsiaalselt ohtlik ja keskkonnale vastuvõetamatu. Sel põhjusel eelistatakse jäätmete põletamist.
Kuna pikaealised 3H või 14C lahustuvad keskkonnas kergesti, jääb nende kokkupuude normi piiresse. Kuid kumulatiivne mõju võib olla märkimisväärne.
Teine radionukliidide meditsiiniline kasutusala on plutooniumpatareide kasutamine südamestimulaatorite toiteks. Tuhanded inimesed on tänapäeval elus, sest need seadmed aitavad nende südamel toimida. 238Pu (150 GBq) suletud allikad implanteeritakse patsientidele kirurgiliselt.
Tööstuslikud röntgenikiirgused: allikad, omadused, rakendused
Meditsiin ei ole ainus valdkond, kus see elektromagnetspektri osa on rakendust leidnud. Tööstuses kasutatavad radioisotoobid ja röntgenikiirgusallikad moodustavad olulise osa tehnogeensest kiirgusolukorrast. Rakenduste näited:
- tööstusradiograafia;
- kiirguse mõõtmine;
- suitsuandurid;
- isehelendavad materjalid;
- Röntgenkristallograafia;
- skannerid pagasi ja käsipagasi läbivaatamiseks;
- röntgenlaserid;
- sünkrotronid;
- tsüklotronid.
Kuna enamik neist rakendustest hõlmab kapseldatud isotoopide kasutamist, tekib transpordi, teisaldamise, hooldamise ja kõrvaldamise ajal kokkupuude kiirgusega.
Kas röntgenitoru on tööstuses ioniseeriva kiirguse allikas? Jah, seda kasutatakse lennujaama mittepurustavates testimissüsteemides, kristallide, materjalide ja struktuuride uurimisel ning tööstuslikul juhtimisel. Viimastel aastakümnetel on kiirgusdoosid teaduses ja tööstuses jõudnud poole väiksemaks kui selle näitaja väärtus meditsiinis; seega on panus märkimisväärne.
Kapseldatud röntgenikiirgusallikatel on iseenesest vähe mõju. Kuid nende transportimine ja kõrvaldamine on murettekitav, kui need kaovad või eksikombel prügilasse visatakse. Sellised allikadRöntgenikiirgus tarnitakse ja paigaldatakse tavaliselt kahekordselt suletud ketaste või silindritena. Kapslid on valmistatud roostevabast terasest ja vajavad perioodilist lekkekontrolli. Nende kõrvaldamine võib olla probleem. Lühiealisi allikaid võib ladustada ja lagundada, kuid isegi siis tuleb neid nõuetekohaselt arvesse võtta ja aktiivsed jäägid tuleb kõrvaldada litsentseeritud rajatises. Vastasel juhul tuleks kapslid saata spetsialiseeritud asutustesse. Nende võimsus määrab röntgenikiirgusallika aktiivse osa materjali ja suuruse.
Röntgenikiirgusallikate salvestuskohad
Kasvav probleem on selliste tööstusobjektide ohutu dekomisjoneerimine ja saastest puhastamine, kus varem on ladustatud radioaktiivseid materjale. Need on enamasti vanemad tuumaenergia ümbertöötlemisrajatised, kuid kaasata tuleb ka teisi tööstusi, näiteks isevalgustavate triitiummärkide tootmise tehaseid.
Eriti probleemiks on pikaealised madala tasemega allikad, mis on lai alt levinud. Näiteks 241Am kasutatakse suitsuandurites. Lisaks radoonile on need igapäevaelus peamised röntgenikiirguse allikad. Üksiti ei kujuta need endast ohtu, kuid suur osa neist võib tulevikus probleeme tekitada.
Tuumaplahvatused
Viimase 50 aasta jooksul on kõik kokku puutunud tuumarelvakatsetuste põhjustatud sademete kiirgusega. Nende haripunkt oli käes1954-1958 ja 1961-1962.
1963. aastal kirjutasid kolm riiki (NSVL, USA ja Suurbritannia) alla kokkuleppele tuumakatsetuste osalise keelu kohta atmosfääris, ookeanis ja avakosmoses. Järgmise kahe aastakümne jooksul viisid Prantsusmaa ja Hiina läbi hulga väiksemaid katseid, mis lõppesid 1980. aastal. Maa-alused katsetused on endiselt käimas, kuid üldiselt ei teki sademeid.
Atmosfäärikatsetest tulenev radioaktiivne saaste langeb plahvatuskoha lähedusse. Osa neist jääb troposfääri ja tuul kannab neid samal laiuskraadil üle maailma. Liikudes kukuvad nad maapinnale, jäädes õhku umbes kuuks ajaks. Kuid enamik neist surutakse stratosfääri, kus reostus püsib mitu kuud ja vajub aeglaselt üle kogu planeedi.
Radioaktiivne sade sisaldab mitusada erinevat radionukliide, kuid vaid vähesed neist on võimelised inimkeha mõjutama, seega on nende suurus väga väike ja lagunemine kiire. Kõige olulisemad on C-14, Cs-137, Zr-95 ja Sr-90.
Zr-95 poolväärtusaeg on 64 päeva, samas kui Cs-137 ja Sr-90 umbes 30 aastat. Ainult süsinik-14, mille poolestusaeg on 5730, jääb aktiivseks ka kaugele tulevikku.
Tuumaenergia
Tuumaenergia on inimtekkeliste kiirgusallikate seas kõige vastuolulisem, kuid see mõjutab inimeste tervist väga vähe. Normaalse töö käigus eraldavad tuumarajatised keskkonda ebaolulises koguses kiirgust. veebruar 201631 riigis töötas 442 tsiviilotstarbelist tuumareaktorit ja veel 66 ehitati. See on vaid osa tuumkütuse tootmistsüklist. See algab uraanimaagi kaevandamise ja jahvatusega ning jätkub tuumakütuse tootmisega. Pärast elektrijaamades kasutamist töödeldakse kütuseelemente mõnikord uraani ja plutooniumi saamiseks ümber. Lõpuks lõpeb tsükkel tuumajäätmete kõrvaldamisega. Selle tsükli igas etapis võib vabaneda radioaktiivseid materjale.
Umbes pool maailma uraanimaagi toodangust pärineb avatud kaevandustest, teine pool kaevandustest. Seejärel purustatakse see lähedalasuvates purustites, mis toodavad suures koguses jäätmeid – sadu miljoneid tonne. Need jäätmed jäävad radioaktiivseks miljoneid aastaid pärast jaama tegevuse lõpetamist, kuigi kiirgus moodustab väga väikese osa looduslikust taustast.
Pärast seda muudetakse uraan kütuseks edasise töötlemise ja puhastamise teel rikastamistehastes. Need protsessid põhjustavad õhu- ja veereostust, kuid neid on palju vähem kui kütusetsükli muudel etappidel.
