Източници на рентгенови лъчи. Източник на йонизиращо лъчение ли е рентгеновата тръба?

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 17:41

През цялата история на живота на Земята организмите са били постоянно изложени на космически лъчи и образуваните от тях радионуклиди в атмосферата, както и на радиация от повсеместни в природата вещества. Съвременният живот се адаптира към всички характеристики и ограничения на околната среда, включително естествените източници на рентгенови лъчи.

Въпреки че високите нива на радиация със сигурност са вредни за организмите, някои видове радиация са от съществено значение за живота. Например радиационният фон допринесе за основните процеси на химическата и биологичната еволюция. Също така очевиден е фактът, че топлината на земното ядро се осигурява и поддържа от топлината на разпадане на първичните, естествени радионуклиди.

Космически лъчи

Излъчването от извънземен произход, което непрекъснато бомбардира Земята, се наричапространство.

Фактът, че тази проникваща радиация достига нашата планета от космоса, а не от Земята, е открит при експерименти за измерване на йонизация на различни височини, от морското равнище до 9000 м. Установено е, че интензитетът на йонизиращата радиация намалява до височина 700 m, а след това бързо се увеличава с изкачване. Първоначалното намаление може да се обясни с намаляване на интензитета на земните гама лъчи и увеличение от действието на космическите лъчи.

Източниците на рентгенови лъчи в космоса са както следва:

групи галактики;
Сейферт галактики;
слънце;
звезди;
квазари;
черни дупки;
останки от супернова;
бели джуджета;
тъмни звезди и др.

Доказателство за такова излъчване, например, е увеличаване на интензитета на космическите лъчи, наблюдавани на Земята след слънчеви изригвания. Но нашата звезда не има основния принос за общия поток, тъй като дневните й вариации са много малки.

Два вида лъчи

Космическите лъчи се делят на първични и вторични. Радиация, която не взаимодейства с материята в атмосферата, литосферата или хидросферата на Земята, се нарича първична. Състои се от протони (≈ 85%) и алфа частици (≈ 14%), с много по-малки потоци (< 1%) от по-тежки ядра. Вторичните космически рентгенови лъчи, чиито източници на радиация са първичната радиация и атмосферата, са съставени от субатомни частици като пиони, мюони иелектрони. На морското равнище почти цялото наблюдавано излъчване се състои от вторични космически лъчи, 68% от които са мюони и 30% са електрони. По-малко от 1% от потока на морското равнище се състои от протони.

Първичните космически лъчи, като правило, имат огромна кинетична енергия. Те са положително заредени и получават енергия чрез ускоряване в магнитни полета. Във вакуума на космоса заредените частици могат да съществуват дълго време и да пътуват милиони светлинни години. По време на този полет те придобиват висока кинетична енергия от порядъка на 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Отделните частици имат енергия до 10^{10 GeV.}

Високите енергии на първичните космически лъчи им позволяват буквално да разделят атомите в земната атмосфера, когато се сблъскат. Заедно с неутрони, протони и субатомни частици могат да се образуват леки елементи като водород, хелий и берилий. Мюоните винаги са заредени и също така бързо се разпадат на електрони или позитрони.

приложение за свойства на източници на рентгенови лъчи

Магнетен щит

Интензитетът на космическите лъчи се увеличава рязко с изкачване до достигане на максимум на височина от около 20 км. От 20 km до границата на атмосферата (до 50 km) интензитетът намалява.

Този модел се обяснява с увеличаване на производството на вторична радиация в резултат на увеличаване на плътността на въздуха. На височина от 20 km по-голямата част от първичната радиация вече е влязла във взаимодействие, а намаляването на интензитета от 20 km до морското равнище отразява поглъщането на вторичните лъчи.атмосфера, еквивалентна на около 10 метра вода.

Интензивността на радиацията също е свързана с географската ширина. На същата височина космическият поток се увеличава от екватора до ширина 50–60° и остава постоянен до полюсите. Това се обяснява с формата на магнитното поле на Земята и разпределението на енергията на първичната радиация. Линиите на магнитно поле, които се простират извън атмосферата, обикновено са успоредни на земната повърхност на екватора и перпендикулярни на полюсите. Заредените частици лесно се движат по линиите на магнитното поле, но почти не го преодоляват в напречна посока. От полюсите до 60° практически цялата първична радиация достига до земната атмосфера, а на екватора само частици с енергия над 15 GeV могат да проникнат през магнитния щит.

Вторични рентгенови източници

В резултат на взаимодействието на космическите лъчи с материята непрекъснато се произвеждат значително количество радионуклиди. Повечето от тях са фрагменти, но някои от тях се образуват при активиране на стабилни атоми от неутрони или мюони. Естественото производство на радионуклиди в атмосферата съответства на интензитета на космическото излъчване по височина и ширина. Около 70% от тях произхождат от стратосферата, а 30% от тропосферата.

С изключение на H-3 и C-14, радионуклидите обикновено се намират в много ниски концентрации. Тритият се разрежда и смесва с вода и H-2, а C-14 се комбинира с кислород, за да образува CO_{2, който се смесва с атмосферния въглероден диоксид. Въглерод-14 влиза в растенията чрез фотосинтеза.}

Земна радиация

От многото радионуклиди, които са се образували със Земята, само няколко имат достатъчно дълъг период на полуразпад, за да обяснят сегашното им съществуване. Ако нашата планета се е образувала преди около 6 милиарда години, те ще се нуждаят от период на полуразпад от поне 100 милиона години, за да останат в измерими количества. От първичните радионуклиди, открити досега, три са от най-голямо значение. Източникът на рентгенови лъчи е K-40, U-238 и Th-232. Всеки уран и торий образуват верига от продукти на разпад, които почти винаги са в присъствието на оригиналния изотоп. Въпреки че много от дъщерните радионуклиди са краткотрайни, те са често срещани в околната среда, тъй като постоянно се образуват от дългоживеещи изходни материали.

Други първични дългоживеещи рентгенови източници, накратко, са в много ниски концентрации. Това са Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 и др. Естествено срещащите се неутрони образуват много други радионуклиди, но тяхната концентрация обикновено е много ниска. Кариерата Окло в Габон, Африка, съдържа доказателства за "естествен реактор", в който са се провели ядрени реакции. Изчерпването на U-235 и наличието на продукти на делене в богато ураново находище показват, че тук преди около 2 милиарда години се е случила спонтанно предизвикана верижна реакция.

Въпреки че първичните радионуклиди са повсеместни, тяхната концентрация варира в зависимост от местоположението. ОсновенРезервоар на естествена радиоактивност е литосферата. Освен това се променя значително в литосферата. Понякога се свързва с определени видове съединения и минерали, понякога е чисто регионално, с малка корелация с видовете скали и минерали.

Разпределението на първичните радионуклиди и техните потомствени продукти на разпад в естествените екосистеми зависи от много фактори, включително химичните свойства на нуклидите, физическите фактори на екосистемата и физиологичните и екологичните характеристики на флората и фауната. Изветряването на скалите, техният основен резервоар, доставя на почвата U, Th и K. Продуктите от разпада на Th и U също участват в това пренасяне. От почвата растенията усвояват K, Ra, малко U и много малко Th. Те използват калий-40 по същия начин като стабилния К. Радий, продукт на разпад на U-238, се използва от растението, не защото е изотоп, а защото е химически близък до калция. Усвояването на уран и торий от растенията обикновено е незначително, тъй като тези радионуклиди обикновено са неразтворими.

Радон

Най-важният от всички източници на естествена радиация е безвкусният елемент без мирис, невидим газ, който е 8 пъти по-тежък от въздуха, радон. Състои се от два основни изотопа - радон-222, един от продуктите на разпада на U-238, и радон-220, образуван при разпада на Th-232.

Скалите, почвата, растенията, животните отделят радон в атмосферата. Газът е продукт на разпад на радий и се произвежда във всеки материалкоято го съдържа. Тъй като радонът е инертен газ, той може да бъде отделен от повърхности, които влизат в контакт с атмосферата. Количеството радон, което излиза от дадена скална маса, зависи от количеството радий и площта на повърхността. Колкото по-малка е скалата, толкова повече радон може да отдели. Концентрацията на Rn във въздуха до радий-съдържащи материали също зависи от скоростта на въздуха. В мазета, пещери и мини, които имат лоша циркулация на въздуха, концентрациите на радон могат да достигнат значителни нива.

Rn се разпада доста бързо и образува редица дъщерни радионуклиди. Веднъж образувани в атмосферата, продуктите от разпад на радон се комбинират с фини прахови частици, които се утаяват върху почвата и растенията и също се вдишват от животните. Валежите са особено ефективни за изчистване на радиоактивни елементи от въздуха, но въздействието и утаяването на аерозолните частици също допринасят за тяхното отлагане.

В умерен климат концентрациите на радон на закрито са средно около 5 до 10 пъти по-високи от тези на открито.

През последните няколко десетилетия човекът е произвел "изкуствено" няколко стотин радионуклиди, свързани рентгенови лъчи, източници, свойства, които имат приложения в медицината, военните, производството на електроенергия, инструментите и проучването на минерали.

Индивидуалните ефекти на изкуствените източници на радиация варират значително. Повечето хора получават сравнително малка доза изкуствена радиация, но някои получават много хиляди пъти радиация от естествени източници. Създадените от човека източници са по-добриконтролирано от естествено.

Източници на рентгенови лъчи в медицината

В индустрията и медицината, като правило, се използват само чисти радионуклиди, което опростява идентифицирането на пътищата на изтичане от местата за съхранение и процеса на погребване.

Използването на радиация в медицината е широко разпространено и има потенциал да окаже значително влияние. Включва източници на рентгенови лъчи, използвани в медицината за:

диагностика;
терапия;
аналитични процедури;
темп.

За диагностика се използват както затворени източници, така и голямо разнообразие от радиоактивни индикатори. Медицинските институции обикновено правят разлика между тези приложения като радиология и ядрена медицина.

Източник на йонизиращо лъчение ли е рентгеновата тръба? Компютърната томография и флуорографията са добре познати диагностични процедури, които се извършват с нейна помощ. Освен това има много приложения на изотопни източници в медицинската радиография, включително гама и бета източници, както и експериментални източници на неутрони за случаи, когато рентгеновите апарати са неудобни, неподходящи или могат да бъдат опасни. От гледна точка на околната среда, радиографското излъчване не представлява риск, докато източниците му остават отговорни и правилно изхвърляни. В това отношение историята на радиевите елементи, радоновите игли и съдържащите радий луминесцентни съединения не е обнадеждаваща.

Често използвани рентгенови източници на базата на ⁹⁰Srили ¹⁴⁷ Pm. Появата на ^{252Cf като преносим неутронен генератор направи неутронната радиография широко достъпна, въпреки че като цяло техниката все още силно зависи от наличието на ядрени реактори.}

Ядрена медицина

Основните опасности за околната среда са радиоизотопните етикети в ядрената медицина и рентгеновите източници. Примери за нежелани влияния са както следва:

облъчване на пациента;
облъчване на болничния персонал;
излагане по време на транспортиране на радиоактивни фармацевтични продукти;
удар по време на производството;
излагане на радиоактивни отпадъци.

През последните години се наблюдава тенденция към намаляване на експозицията на пациентите чрез въвеждането на по-краткоживеещи изотопи с по-тесен ефект и използването на по-силно локализирани лекарства.

По-краткият полуживот намалява въздействието на радиоактивните отпадъци, тъй като повечето от дългоживеещите елементи се екскретират през бъбреците.

Изглежда, че въздействието на канализацията върху околната среда не зависи от това дали пациентът е болничен или амбулаторен. Докато повечето от освободените радиоактивни елементи вероятно ще бъдат краткотрайни, кумулативният ефект далеч надхвърля нивата на замърсяване на всички атомни електроцентрали взети заедно.

Най-често използваните радионуклиди в медицината са рентгенови източници:

99mTc – сканиране на череп и мозък, мозъчно кръвно сканиране, сърце, черен дроб, бял дроб, щитовидна жлеза, локализация на плацентата;
131I - кръв, черен дроб, локализация на плацентата, сканиране на щитовидната жлеза и лечение;
51Cr - определяне на продължителността на съществуване на червени кръвни клетки или секвестрация, кръвен обем;
57Co - тест за шилинг;
32P – костни метастази.

Широко разпространеното използване на процедури за радиоимуноанализ, анализ на урината и други изследователски методи, използващи белязани органични съединения, значително увеличи използването на течни сцинтилационни препарати. Разтворите на органичен фосфор, обикновено на базата на толуен или ксилен, представляват доста голям обем течни органични отпадъци, които трябва да бъдат изхвърлени. Преработката в течна форма е потенциално опасна и неприемлива за околната среда. Поради тази причина изгарянето на отпадъци е за предпочитане.

Тъй като дългоживеещите ³H или ^{14C лесно се разтварят в околната среда, тяхната експозиция е в нормалните граници. Но кумулативният ефект може да бъде значителен.}

Друга медицинска употреба на радионуклиди е използването на плутониеви батерии за захранване на пейсмейкъри. Хиляди хора са живи днес, защото тези устройства помагат на сърцата им да функционират. Запечатани източници на 238Pu (150 GBq) се имплантират хирургично на пациенти.

Индустриални рентгенови лъчи: източници, свойства, приложения

Медицината не е единствената област, в която тази част от електромагнитния спектър е намерила приложение. Радиоизотопите и рентгеновите източници, използвани в промишлеността, са значителна част от техногенната радиационна обстановка. Примери за приложение:

индустриална радиография;
измерване на радиация;
детектори за дим;
самосветещи материали;
Рентгенова кристалография;
скенери за проверка на багаж и ръчен багаж;
рентгенови лазери;
синхротрони;
циклотрони.

Тъй като повечето от тези приложения включват използването на капсулирани изотопи, излагането на радиация възниква по време на транспортиране, прехвърляне, поддръжка и изхвърляне.

Източник на йонизиращо лъчение в индустрията ли е рентгеновата тръба? Да, използва се в летищни системи за безразрушително изпитване, при изследване на кристали, материали и структури и при промишлен контрол. През последните десетилетия дозите на радиационно облъчване в науката и индустрията са достигнали половината от стойността на този показател в медицината; следователно приносът е значителен.

Капсулираните рентгенови източници сами по себе си имат малък ефект. Но тяхното транспортиране и изхвърляне са тревожни, когато бъдат изгубени или погрешно изхвърлени на сметището. Такива източнициРентгеновите лъчи обикновено се доставят и монтират като двойно запечатани дискове или цилиндри. Капсулите са изработени от неръждаема стомана и изискват периодична проверка за течове. Изхвърлянето им може да бъде проблем. Краткотрайните източници могат да се съхраняват и разграждат, но дори и тогава те трябва да бъдат правилно отчетени и остатъчният активен материал трябва да се изхвърля в лицензирано съоръжение. В противен случай капсулите трябва да бъдат изпратени в специализирани институции. Тяхната мощност определя материала и размера на активната част на рентгеновия източник.

Места за съхранение на източник на рентгенови лъчи

Нарастващ проблем е безопасното извеждане от експлоатация и дезактивация на промишлени обекти, където в миналото са били съхранявани радиоактивни материали. Това са предимно по-стари съоръжения за ядрена преработка, но трябва да се включат и други индустрии, като например инсталации за производство на самосветещи тритиеви знаци.

Дългоживеещите нискостепенни източници, които са широко разпространени, са особен проблем. Например, 241Am се използва в детекторите за дим. Освен радон, това са основните източници на рентгеново лъчение в ежедневието. Поотделно те не представляват никаква опасност, но значителен брой от тях може да представляват проблем в бъдеще.

Ядрени експлозии

През последните 50 години всеки е бил изложен на радиация от опадъци, причинени от тестване на ядрени оръжия. Пикът им беше на1954-1958 и 1961-1962.

През 1963 г. три държави (СССР, САЩ и Великобритания) подписаха споразумение за частична забрана на ядрени опити в атмосферата, океана и космическото пространство. През следващите две десетилетия Франция и Китай проведоха серия от много по-малки тестове, които бяха прекратени през 1980 г. Подземните тестове все още са в ход, но като цяло не произвеждат валежи.

Радиоактивно замърсяване от атмосферни тестове попада в близост до мястото на експлозията. Някои от тях остават в тропосферата и се разнасят от вятъра по целия свят на същата географска ширина. Докато се движат, те падат на земята, оставайки около месец във въздуха. Но повечето са изтласкани в стратосферата, където замърсяването остава в продължение на много месеци и бавно потъва в цялата планета.

Радиоактивните изпадания включват няколкостотин различни радионуклиди, но само няколко от тях са в състояние да въздействат върху човешкото тяло, така че размерът им е много малък, а разпадането е бързо. Най-значимите са C-14, Cs-137, Zr-95 и Sr-90.

Zr-95 има полуживот от 64 дни, докато Cs-137 и Sr-90 имат около 30 години. Само въглерод-14, с период на полуразпад от 5730, ще остане активен далеч в бъдещето.

Ядрена енергия

Ядрената енергия е най-противоречивият от всички антропогенни източници на радиация, но допринася много малко за въздействието върху човешкото здраве. При нормална работа ядрените съоръжения отделят незначителни количества радиация в околната среда. февруари 2016 гИмаше 442 граждански работещи ядрени реактора в 31 държави и още 66 бяха в процес на изграждане. Това е само част от цикъла на производство на ядрено гориво. Започва с добив и смилане на уранова руда и продължава с производството на ядрено гориво. След като се използват в електроцентрали, горивните клетки понякога се преработват за възстановяване на уран и плутоний. В крайна сметка цикълът завършва с изхвърлянето на ядрени отпадъци. На всеки етап от този цикъл могат да се отделят радиоактивни материали.

Около половината от световното производство на уранова руда идва от открити рудници, а другата половина от мини. След това се раздробява в близки трошачки, които произвеждат голямо количество отпадъци - стотици милиони тонове. Тези отпадъци остават радиоактивни милиони години след като централата преустанови дейността си, въпреки че радиацията е много малка част от естествения фон.

След това уранът се превръща в гориво чрез по-нататъшна преработка и пречистване в заводи за обогатяване. Тези процеси водят до замърсяване на въздуха и водата, но те са много по-малко, отколкото на други етапи от горивния цикъл.