Per visą gyvybės Žemėje istoriją organizmai buvo nuolat veikiami kosminių spindulių ir jų atmosferoje susidarančių radionuklidų, taip pat gamtoje visur esančių medžiagų spinduliuotės. Šiuolaikinis gyvenimas prisitaikė prie visų aplinkos ypatybių ir apribojimų, įskaitant natūralius rentgeno spindulių š altinius.
Nors didelis radiacijos lygis neabejotinai kenkia organizmams, tam tikros spinduliuotės rūšys yra būtinos gyvybei. Pavyzdžiui, radiacinis fonas prisidėjo prie pagrindinių cheminės ir biologinės evoliucijos procesų. Taip pat akivaizdu, kad Žemės šerdies šilumą teikia ir palaiko pirminių natūralių radionuklidų skilimo šiluma.
Kosminiai spinduliai
Nežemiškos kilmės spinduliuotė, kuri nuolat bombarduoja Žemę, vadinamatarpas.
Tai, kad ši skvarbi spinduliuotė pasiekia mūsų planetą iš kosmoso, o ne iš Žemės, buvo nustatyta atliekant eksperimentus, skirtus jonizacijai matuoti įvairiuose aukščiuose, nuo jūros lygio iki 9000 m. Nustatyta, kad jonizuojančiosios spinduliuotės intensyvumas sumažėjo iki 700 m aukščio, o paskui sparčiai didėjo kylant. Pradinį sumažėjimą galima paaiškinti sumažėjusiu antžeminių gama spindulių intensyvumu, o padidėjus kosminių spindulių poveikiu.
Rentgeno spindulių š altiniai erdvėje yra tokie:
- galaktikų grupės;
- Seiferto galaktikos;
- Saulė;
- žvaigždės;
- kvazarai;
- juodosios skylės;
- supernovos likučiai;
- b altieji nykštukai;
- tamsios žvaigždės ir kt.
Tokios spinduliuotės įrodymas, pavyzdžiui, yra kosminių spindulių intensyvumo padidėjimas, stebimas Žemėje po saulės žybsnių. Tačiau mūsų žvaigždė neprisideda prie bendro srauto, nes jos dienos svyravimai yra labai maži.
Dviejų tipų spinduliai
Kosminiai spinduliai skirstomi į pirminius ir antrinius. Spinduliuotė, kuri nesąveikauja su Žemės atmosferos, litosferos ar hidrosferos medžiaga, vadinama pirmine. Jį sudaro protonai (≈ 85 %) ir alfa dalelės (≈ 14 %), o sunkesnių branduolių srautai yra daug mažesni (632 231 1 %). Antriniai kosminiai rentgeno spinduliai, kurių spinduliuotės š altiniai yra pirminė spinduliuotė ir atmosfera, yra sudaryti iš subatominių dalelių, tokių kaip pionai, miuonai irelektronų. Jūros lygyje beveik visą stebimą spinduliuotę sudaro antriniai kosminiai spinduliai, iš kurių 68 % yra miuonai ir 30 % – elektronai. Mažiau nei 1 % srauto jūros lygyje sudaro protonai.
Pirminiai kosminiai spinduliai, kaip taisyklė, turi didžiulę kinetinę energiją. Jie yra teigiamai įkrauti ir įgyja energijos greitėdami magnetiniuose laukuose. Kosmoso vakuume įkrautos dalelės gali egzistuoti ilgą laiką ir nukeliauti milijonus šviesmečių. Šio skrydžio metu jie įgyja didelę kinetinę energiją, maždaug 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). Atskirų dalelių energija yra iki 1010 GeV.
Didelė pirminių kosminių spindulių energija leidžia jiems tiesiogine prasme suskaidyti Žemės atmosferoje esančius atomus, kai jie susiduria. Kartu su neutronais, protonais ir subatominėmis dalelėmis gali susidaryti lengvieji elementai, tokie kaip vandenilis, helis ir berilis. Miuonai visada yra įkrauti ir greitai suyra į elektronus arba pozitronus.
Magnetinis skydas
Kosminių spindulių intensyvumas staigiai didėja kylant, kol pasiekia maksimumą maždaug 20 km aukštyje. Nuo 20 km iki atmosferos ribos (iki 50 km) intensyvumas mažėja.
Šis modelis paaiškinamas antrinės spinduliuotės gamybos padidėjimu dėl padidėjusio oro tankio. 20 km aukštyje didžioji dalis pirminės spinduliuotės jau sąveikavo, o intensyvumo sumažėjimas nuo 20 km iki jūros lygio atspindi antrinių spindulių absorbciją.atmosfera, atitinkanti maždaug 10 metrų vandens.
Spinduliavimo intensyvumas taip pat susijęs su platuma. Tame pačiame aukštyje kosminis srautas didėja nuo pusiaujo iki 50–60° platumos ir išlieka pastovus iki ašigalių. Tai paaiškinama Žemės magnetinio lauko forma ir pirminės spinduliuotės energijos pasiskirstymu. Magnetinio lauko linijos, einančios už atmosferos ribų, dažniausiai yra lygiagrečios žemės paviršiui ties pusiauju ir statmenos ašigaliams. Įkrautos dalelės lengvai juda pagal magnetinio lauko linijas, bet sunkiai įveikia jį skersine kryptimi. Nuo ašigalių iki 60° beveik visa pirminė spinduliuotė pasiekia Žemės atmosferą, o ties pusiauju tik dalelės, kurių energija viršija 15 GeV, gali prasiskverbti pro magnetinį skydą.
Antriniai rentgeno š altiniai
Dėl kosminių spindulių sąveikos su medžiaga nuolat susidaro didelis kiekis radionuklidų. Dauguma jų yra fragmentai, tačiau dalis jų susidaro neutronams ar miuonams aktyvuojant stabilius atomus. Natūrali radionuklidų gamyba atmosferoje atitinka kosminės spinduliuotės intensyvumą aukštyje ir platumose. Apie 70 % jų kilę iš stratosferos, o 30 % – iš troposferos.
Išskyrus H-3 ir C-14, radionuklidai paprastai randami labai mažomis koncentracijomis. Tritis skiedžiamas ir sumaišomas su vandeniu ir H-2, o C-14 susijungia su deguonimi ir susidaro CO2, kuris susimaišo su atmosferos anglies dioksidu. Anglis-14 patenka į augalus fotosintezės būdu.
Žemės spinduliuotė
Iš daugelio su Žeme susiformavusių radionuklidų tik kai kurių pusėjimo trukmė yra pakankamai ilga, kad paaiškintų dabartinį jų egzistavimą. Jei mūsų planeta susiformuotų prieš maždaug 6 milijardus metų, jų pusinės eliminacijos laikas turėtų būti bent 100 milijonų metų, kad išliktų išmatuojamais kiekiais. Iš iki šiol atrastų pirminių radionuklidų trys yra svarbiausi. Rentgeno spindulių š altinis yra K-40, U-238 ir Th-232. Uranas ir toris sudaro skilimo produktų grandinę, kuri beveik visada yra pirminio izotopo akivaizdoje. Nors daugelis dukterinių radionuklidų yra trumpaamžiai, jie yra paplitę aplinkoje, nes nuolat susidaro iš ilgaamžių pirminių medžiagų.
Kiti pirminiai ilgaamžiai rentgeno spindulių š altiniai, trumpai tariant, yra labai mažos koncentracijos. Tai Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 ir kt. Natūraliai susidarę neutronai sudaro daug kitų radionuklidų, tačiau jų koncentracija dažniausiai yra labai maža. Oklo karjere Gabone, Afrikoje, yra įrodymų apie „natūralų reaktorių“, kuriame vyko branduolinės reakcijos. U-235 išeikvojimas ir skilimo produktų buvimas turtingame urano telkinyje rodo, kad maždaug prieš 2 milijardus metų čia įvyko spontaniškai sukelta grandininė reakcija.
Nors pirminiai radionuklidai yra visur, jų koncentracija skiriasi priklausomai nuo vietos. PagrindinisNatūralaus radioaktyvumo rezervuaras yra litosfera. Be to, jis labai kinta litosferoje. Kartais jis siejamas su tam tikrų tipų junginiais ir mineralais, kartais jis yra grynai regioninis, mažai susijęs su uolienų ir mineralų rūšimis.
Pirminių radionuklidų ir jų palikuonių skilimo produktų pasiskirstymas natūraliose ekosistemose priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant chemines nuklidų savybes, fizikinius ekosistemos veiksnius ir fiziologines bei ekologines floros ir faunos savybes. Uolienų, jų pagrindinio rezervuaro, dūlėjimas į dirvą tiekia U, Th ir K. Šiame pernešime taip pat dalyvauja Th ir U skilimo produktai. Iš dirvožemio augalai pasisavina K, Ra, šiek tiek U ir labai mažai Th. Jie naudoja kalį-40 taip pat, kaip ir stabilųjį K. Radiumą, U-238 skilimo produktą, augalas naudoja ne todėl, kad jis yra izotopas, o todėl, kad chemiškai yra artimas kalciui. Urano ir torio augalai paprastai pasisavina nežymiai, nes šie radionuklidai paprastai yra netirpūs.
Radonas
Svarbiausias iš visų natūralios spinduliuotės š altinių yra beskonis, bekvapis elementas, nematomos dujos, 8 kartus sunkesnės už orą, radonas. Jį sudaro du pagrindiniai izotopai – radonas-222, vienas iš U-238 skilimo produktų, ir radonas-220, susidaręs irstant Th-232.
Uolienos, dirvožemis, augalai ir gyvūnai išskiria radoną į atmosferą. Dujos yra radžio skilimo produktas ir susidaro iš bet kokios medžiagoskuriame jis yra. Kadangi radonas yra inertinės dujos, jis gali išsiskirti iš paviršių, kurie liečiasi su atmosfera. Radono kiekis, išeinantis iš tam tikros uolienų masės, priklauso nuo radžio kiekio ir paviršiaus ploto. Kuo mažesnė uoliena, tuo daugiau radono ji gali išskirti. Rn koncentracija ore šalia radžio turinčių medžiagų taip pat priklauso nuo oro greičio. Rūsiuose, urvuose ir kasyklose, kuriose bloga oro cirkuliacija, radono koncentracija gali pasiekti didelį lygį.
Rn gana greitai skyla ir sudaro daugybę dukterinių radionuklidų. Susidarę atmosferoje, radono skilimo produktai susijungia su smulkiomis dulkių dalelėmis, kurios nusėda ant dirvožemio ir augalų, kurias taip pat įkvepia gyvūnai. Lietus ypač efektyviai išvalo radioaktyvius elementus iš oro, tačiau aerozolių dalelių poveikis ir nusėdimas taip pat prisideda prie jų nusėdimo.
Vidutinio klimato sąlygomis radono koncentracija patalpose yra vidutiniškai 5–10 kartų didesnė nei lauke.
Per pastaruosius kelis dešimtmečius žmogus „dirbtinai“pagamino kelis šimtus radionuklidų, susijusių rentgeno spindulių, š altinių, savybių, kurios pritaikomos medicinoje, kariuomenėje, energijos gamyboje, prietaisuose ir mineralų žvalgyboje.
Atskiri žmogaus sukurtų spinduliuotės š altinių poveikis labai skiriasi. Dauguma žmonių gauna palyginti nedidelę dirbtinės spinduliuotės dozę, tačiau kai kurie iš natūralių š altinių gauna daug tūkstančių kartų daugiau spinduliuotės. Žmonių sukurti š altiniai yra geresnikontroliuojamas nei natūralus.
Rentgeno spindulių š altiniai medicinoje
Pramonėje ir medicinoje paprastai naudojami tik gryni radionuklidai, o tai supaprastina nuotėkio iš saugyklų takų nustatymą ir šalinimo procesą.
Radiacijos naudojimas medicinoje yra plačiai paplitęs ir gali turėti didelį poveikį. Tai apima rentgeno spindulių š altinius, naudojamus medicinoje:
- diagnostika;
- terapija;
- analitinės procedūros;
- tempimas.
Diagnostikai naudojami ir uždarieji š altiniai, ir daugybė įvairių radioaktyviųjų atsekamųjų medžiagų. Medicinos įstaigos paprastai išskiria tokias taikymo sritis kaip radiologija ir branduolinė medicina.
Ar rentgeno vamzdis yra jonizuojančiosios spinduliuotės š altinis? Kompiuterinė tomografija ir fluorografija – gerai žinomos diagnostinės procedūros, atliekamos jos pagalba. Be to, medicininėje rentgenografijoje yra daug izotopų š altinių, įskaitant gama ir beta š altinius, ir eksperimentinius neutronų š altinius tais atvejais, kai rentgeno aparatai yra nepatogūs, netinkami arba gali būti pavojingi. Aplinkos požiūriu radiografinė spinduliuotė nekelia pavojaus tol, kol jos š altiniai yra atskaitingi ir tinkamai šalinami. Šiuo atžvilgiu radžio elementų, radono adatų ir radžio turinčių liuminescencinių junginių istorija nėra džiuginanti.
Dažniausiai naudojami rentgeno š altiniai, pagrįsti 90Srarba 147 val. Atsiradus 252Cf kaip nešiojamam neutronų generatoriui, neutronų radiografija tapo plačiai prieinama, nors apskritai ši technika vis dar labai priklauso nuo branduolinių reaktorių prieinamumo.
Branduolinė medicina
Pagrindiniai pavojai aplinkai yra radioizotopų žymės branduolinėje medicinoje ir rentgeno spindulių š altiniuose. Nepageidaujamo poveikio pavyzdžiai yra šie:
- paciento švitinimas;
- ligoninės personalo švitinimas;
- apšvita gabenant radioaktyviuosius vaistus;
- poveikis gamybos metu;
- radioaktyviųjų atliekų poveikis.
Pastaraisiais metais pastebima tendencija mažinti poveikį pacientams, įvedant trumpesnio veikimo izotopus, kurių poveikis siauresnis, ir naudojant labiau lokalizuotus vaistus.
Trumpesnis pusinės eliminacijos laikas sumažina radioaktyviųjų atliekų poveikį, nes dauguma ilgaamžių elementų išsiskiria per inkstus.
Atrodo, kad kanalizacijos poveikis aplinkai nepriklauso nuo to, ar pacientas yra stacionarus, ar ambulatorinis. Nors dauguma išskiriamų radioaktyviųjų elementų greičiausiai bus trumpalaikiai, bendras poveikis gerokai viršija visų atominių elektrinių taršos lygius kartu.
Medicinoje dažniausiai naudojami radionuklidai yra rentgeno spindulių š altiniai:
- 99mTc – kaukolės ir smegenų skenavimas, smegenų kraujo tyrimas, širdies, kepenų, plaučių, skydliaukės skenavimas, placentos lokalizacija;
- 131I - kraujo, kepenų skenavimas, placentos lokalizacija, skydliaukės tyrimas ir gydymas;
- 51Cr - raudonųjų kraujo kūnelių buvimo ar sekvestracijos trukmės, kraujo tūrio nustatymas;
- 57Co – Šilingo testas;
- 32P – kaulų metastazės.
Plačiai naudojant radioimuninio tyrimo procedūras, šlapimo analizę ir kitus tyrimo metodus, kuriuose naudojami paženklinti organiniai junginiai, žymiai išaugo skystųjų scintiliacinių preparatų naudojimas. Organiniai fosforo tirpalai, dažniausiai sudaryti iš tolueno arba ksileno, sudaro gana didelį skystų organinių atliekų kiekį, kuris turi būti pašalintas. Perdirbimas skystu pavidalu yra potencialiai pavojingas ir aplinkai nepriimtinas. Dėl šios priežasties pirmenybė teikiama atliekų deginimui.
Kadangi ilgaamžiai 3H arba 14C lengvai ištirpsta aplinkoje, jų poveikis yra normos ribose. Tačiau bendras poveikis gali būti reikšmingas.
Kitas radionuklidų panaudojimas medicinoje yra plutonio baterijų naudojimas širdies stimuliatoriams maitinti. Tūkstančiai žmonių šiandien gyvena, nes šie prietaisai padeda jų širdžiai veikti. Pacientams chirurginiu būdu implantuojami uždarieji 238Pu (150 GBq) š altiniai.
Pramoniniai rentgeno spinduliai: š altiniai, savybės, taikymas
Medicina nėra vienintelė sritis, kurioje ši elektromagnetinio spektro dalis buvo pritaikyta. Pramonėje naudojami radioizotopai ir rentgeno spindulių š altiniai yra reikšminga technogeninės spinduliuotės situacijos dalis. Taikymo pavyzdžiai:
- pramoninė rentgenografija;
- radiacijos matavimas;
- dūmų detektoriai;
- savaime šviečiančios medžiagos;
- Rentgeno kristalografija;
- skeneriai bagažui ir rankiniam bagažui tikrinti;
- rentgeno lazeriai;
- sinchrotronai;
- ciklotronai.
Kadangi dauguma šių programų yra susiję su kapsuliuotų izotopų naudojimu, radiacijos poveikis pasireiškia transportuojant, pervežant, prižiūrint ir šalinant.
Ar rentgeno vamzdis pramonėje yra jonizuojančiosios spinduliuotės š altinis? Taip, jis naudojamas oro uostų neardomųjų bandymų sistemose, kristalų, medžiagų ir konstrukcijų tyrimuose bei pramoninėje kontrolėje. Per pastaruosius dešimtmečius apšvitos dozės moksle ir pramonėje pasiekė pusę šio rodiklio reikšmės medicinoje; taigi indėlis yra reikšmingas.
Inkapsuliuoti rentgeno spindulių š altiniai patys savaime neturi jokio poveikio. Tačiau jų transportavimas ir šalinimas kelia nerimą, kai jie pametami arba per klaidą išmetami į sąvartyną. Tokie š altiniaiRentgeno spinduliai paprastai tiekiami ir montuojami kaip dvigubai sandarūs diskai arba cilindrai. Kapsulės pagamintos iš nerūdijančio plieno, todėl reikia periodiškai tikrinti, ar nėra nuotėkio. Jų šalinimas gali būti problema. Trumpaamžiai š altiniai gali būti saugomi ir degraduojami, tačiau net ir tada jie turi būti tinkamai apskaitomi, o aktyviosios medžiagos likučiai turi būti šalinami licencijuotame objekte. Kitu atveju kapsules reikia siųsti į specializuotas įstaigas. Jų galia lemia rentgeno spindulių š altinio aktyviosios dalies medžiagą ir dydį.
Rentgeno spindulių š altinio saugojimo vietos
Didėjanti problema yra saugus pramoninių objektų, kuriuose anksčiau buvo saugomos radioaktyviosios medžiagos, eksploatavimo nutraukimas ir nukenksminimas. Dažniausiai tai yra senesni branduolinio perdirbimo įrenginiai, tačiau turi būti įtrauktos ir kitos pramonės šakos, pavyzdžiui, savaime šviečiančių tričio ženklų gamybos įmonės.
Ypatinga problema yra ilgalaikiai žemo lygio š altiniai, kurie yra plačiai paplitę. Pavyzdžiui, 241Am naudojamas dūmų detektoriuose. Be radono, tai yra pagrindiniai rentgeno spinduliuotės š altiniai kasdieniame gyvenime. Atskirai jie nekelia jokio pavojaus, tačiau daugelis jų gali sukelti problemų ateityje.
Branduoliniai sprogimai
Per pastaruosius 50 metų visi buvo paveikti branduolinių ginklų bandymų sukeltos nuosėdų radiacijos. Jų pikas buvo1954–1958 ir 1961–1962.
1963 m. trys šalys (SSRS, JAV ir Didžioji Britanija) pasirašė susitarimą dėl dalinio branduolinių bandymų atmosferoje, vandenyne ir kosminėje erdvėje uždraudimo. Per ateinančius du dešimtmečius Prancūzija ir Kinija atliko daug mažesnių bandymų seriją, kuri buvo nutraukta 1980 m. Požeminiai bandymai vis dar vyksta, tačiau jie paprastai nesukelia kritulių.
Radioaktyvioji tarša iš atmosferos bandymų patenka netoli sprogimo vietos. Dalis jų lieka troposferoje ir vėjo neša aplink pasaulį toje pačioje platumoje. Judėdami jie krenta ant žemės ir ore lieka apie mėnesį. Tačiau dauguma jų yra nustumti į stratosferą, kur tarša išlieka daugelį mėnesių ir lėtai skęsta visoje planetoje.
Radioaktyvieji iškritimai apima kelis šimtus skirtingų radionuklidų, tačiau tik keli iš jų gali paveikti žmogaus organizmą, todėl jų dydis labai mažas, o irimas greitas. Svarbiausi yra C-14, Cs-137, Zr-95 ir Sr-90.
Zr-95 pusinės eliminacijos laikas yra 64 dienos, o Cs-137 ir Sr-90 – apie 30 metų. Tik anglis-14, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5730, išliks aktyvus toli ateityje.
Branduolinė energija
Branduolinė energija yra labiausiai prieštaringi iš visų antropogeninės spinduliuotės š altinių, tačiau ji labai mažai prisideda prie poveikio žmonių sveikatai. Normalios eksploatacijos metu branduoliniai objektai į aplinką išskiria nedidelį kiekį radiacijos. 2016 m. vasario mėn31 šalyje buvo 442 civiliai veikiantys branduoliniai reaktoriai, dar 66 buvo statomi. Tai tik dalis branduolinio kuro gamybos ciklo. Jis prasideda nuo urano rūdos kasybos ir malimo ir tęsiasi nuo branduolinio kuro gamybos. Panaudojus elektrinėse, kuro elementai kartais perdirbami, kad būtų išgaunamas uranas ir plutonis. Galiausiai ciklas baigiasi branduolinių atliekų šalinimu. Kiekviename šio ciklo etape gali išsiskirti radioaktyviosios medžiagos.
Apie pusė pasaulio urano rūdos produkcijos gaunama iš atvirų kasyklų, kita pusė – iš kasyklų. Tada jis smulkinamas netoliese esančiuose smulkintuvuose, iš kurių susidaro didelis kiekis atliekų – šimtai milijonų tonų. Šios atliekos išlieka radioaktyvios milijonus metų po to, kai elektrinė nustoja veikti, nors radiacija sudaro labai mažą natūralaus fono dalį.
Po to uranas paverčiamas kuru toliau apdorojant ir gryninant sodrinimo gamyklose. Šie procesai sukelia oro ir vandens taršą, tačiau jos yra daug mažesnės nei kituose kuro ciklo etapuose.
