منبع رادیواکتیو مقدار معینی از رادیونوکلئید است که تشعشعات یونیزان ساطع می کند. دومی معمولاً شامل پرتوهای گاما، ذرات آلفا و بتا و تشعشعات نوترونی است.
نقش منابع
آنها را می توان برای تابش، زمانی که تابش عملکرد یونیزان انجام می دهد، یا به عنوان منبع تابش اندازه گیری برای کالیبراسیون فرآیند رادیومتری و ابزار دقیق استفاده کرد. آنها همچنین برای نظارت بر فرآیندهای صنعتی مانند اندازه گیری ضخامت در صنایع کاغذ و فولاد استفاده می شوند. منابع را می توان در یک ظرف (تابش با نفوذ بالا) یا بر روی یک سطح (تابش با نفوذ کم) یا در یک مایع قرار داد.
معنا و کاربرد
به عنوان منبع تشعشع، آنها در پزشکی برای پرتودرمانی و در صنعت برای رادیوگرافی، تابش استفاده می شوند.مواد غذایی، عقیم سازی، کنترل آفات و تابش پی وی سی پیوند متقابل.
رادیونوکلئید
رادیونوکلئیدها با توجه به نوع و ماهیت تابش، شدت و نیمه عمر آن انتخاب می شوند. منابع متداول رادیونوکلئیدها عبارتند از کبالت-60، ایریدیوم-192 و استرانسیوم-90. اندازه‌گیری میزان فعالیت منبع SI بکرل است، اگرچه واحد تاریخی کوری هنوز در حال استفاده جزئی است، به عنوان مثال در ایالات متحده، با وجود اینکه NIST ایالات متحده قویاً استفاده از واحد SI را توصیه می‌کند. برای اهداف بهداشتی، در اتحادیه اروپا اجباری است.
طول عمر
یک منبع تشعشع معمولاً 5 تا 15 سال قبل از اینکه فعالیت آن به سطح ایمن کاهش یابد، زندگی می کند. با این حال، هنگامی که رادیونوکلئیدها با نیمه عمر طولانی در دسترس باشند، می توان از آنها به عنوان ابزار کالیبراسیون برای مدت طولانی تری استفاده کرد.
بسته و پنهان
بسیاری از منابع رادیواکتیو بسته هستند. این بدان معنی است که آنها به طور دائم یا به طور کامل در کپسول قرار می گیرند یا به طور محکم توسط یک جامد به سطح متصل می شوند. کپسول ها معمولا از فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، پلاتین یا سایر فلزات بی اثر ساخته می شوند. استفاده از منابع مهر و موم شده تقریباً تمام خطرات پراکندگی مواد رادیواکتیو در محیط را به دلیل جابجایی نادرست از بین می برد، اما ظرف برای کاهش تشعشع طراحی نشده است، بنابراین برای محافظت در برابر تشعشعات، محافظ اضافی مورد نیاز است. بسته ها نیز تقریباً در همه مواردی که نه استفاده می شوندترکیب شیمیایی یا فیزیکی در مایع یا گاز مورد نیاز است.
منابع مهر و موم شده توسط آژانس بین‌المللی انرژی اتمی بر اساس فعالیت‌هایشان در رابطه با یک جسم رادیواکتیو با حداقل خطر (که می‌تواند آسیب قابل توجهی به مردم وارد کند) طبقه‌بندی می‌شود. نسبت استفاده شده A/D است که در آن A فعالیت منبع و D حداقل فعالیت خطرناک است.
لطفاً توجه داشته باشید که منابع با بازده رادیواکتیو به اندازه کافی پایین (مانند آنهایی که در آشکارسازهای دود استفاده می شوند) که به انسان آسیب نرسانند طبقه بندی نمی شوند.
کپسول
منابع کپسولی، جایی که تشعشع به طور مؤثر از یک نقطه می آید، برای کالیبره کردن ابزارهای بتا، گاما و اشعه ایکس استفاده می شود. اخیراً آنها هم به عنوان اشیاء صنعتی و هم به عنوان اشیایی برای مطالعه نامحبوب بوده اند.
فنرهای صفحه ای
آنها به طور گسترده برای کالیبراسیون ابزارهای آلودگی رادیواکتیو استفاده می شوند. یعنی در واقع نقش یک نوع شمارنده معجزه آسا را بازی می کنند.
برخلاف منبع کپسولی، پس زمینه ساطع شده از منبع صفحه باید روی سطح باشد تا به دلیل ماهیت ماده از محو شدن یا خود محافظ شدن ظرف جلوگیری شود. این امر به ویژه برای ذرات آلفا مهم است که به راحتی توسط یک جرم کوچک متوقف می شوند. منحنی براگ اثر میرایی در هوای جو را نشان می‌دهد.
باز نشده
منابع باز نشده آنهایی هستند که در ظرف دربسته دائمی نیستند و به طور گسترده برای اهداف پزشکی استفاده می شوند. آنها در موارد اعمال می شوندزمانی که منبع باید در مایعی برای تزریق به بیمار یا بلعیدن حل شود. آنها همچنین در صنعت به روشی مشابه برای تشخیص نشت به عنوان ردیاب رادیواکتیو استفاده می شوند.
بازیافت و جنبه های زیست محیطی
دفع منابع رادیواکتیو تاریخ مصرف گذشته مشکلات مشابهی را برای دفع سایر زباله های هسته ای ایجاد می کند، هرچند به میزان کمتر. منابع مصرف شده سطح پایین گاهی اوقات به اندازه کافی غیرفعال می شوند که با استفاده از روش های معمول دفع زباله، معمولاً در محل های دفن زباله، دفع شوند. سایر روش‌های دفع مشابه روش‌هایی است که برای زباله‌های رادیواکتیو سطح بالاتر استفاده می‌شود و از عمق گمانه‌های مختلف بسته به فعالیت زباله استفاده می‌شود.
یک مورد معروف از برخورد بی احتیاطی با چنین شیئی تصادفی در گویانیا بود که منجر به مرگ چند نفر شد.
تابش پس زمینه
تابش پس زمینه همیشه روی زمین وجود دارد. بیشتر تشعشعات پس‌زمینه به طور طبیعی از مواد معدنی می‌آیند، در حالی که بخش کوچکی از عناصر ساخته‌شده توسط انسان می‌آیند. مواد معدنی رادیواکتیو طبیعی در زمین، خاک و آب تشعشعات پس زمینه تولید می کنند. بدن انسان حتی حاوی برخی از این مواد معدنی رادیواکتیو طبیعی است. تشعشعات کیهانی نیز به پس زمینه تابش اطراف ما کمک می کند. ممکن است تغییرات زیادی در سطوح تشعشعات پس زمینه طبیعی از مکانی به مکان دیگر و همچنین تغییرات در همان مکان در طول زمان وجود داشته باشد. رادیوایزوتوپ های طبیعی پس زمینه بسیار قوی هستندساطع کننده ها.
تابش کیهانی
تشعشعات کیهانی از ذرات بسیار پرانرژی خورشید و ستارگانی که وارد جو زمین می شوند می آید. یعنی می توان این اجرام آسمانی را منابع تشعشعات رادیواکتیو نامید. برخی از ذرات به زمین برخورد می کنند، در حالی که برخی دیگر با جو تعامل می کنند و انواع مختلفی از تشعشعات را ایجاد می کنند. با نزدیک‌تر شدن به یک جسم رادیواکتیو، سطوح افزایش می‌یابند، بنابراین مقدار تشعشعات کیهانی معمولاً متناسب با صعود افزایش می‌یابد. هر چه ارتفاع بالاتر باشد، دوز بالاتر است. به همین دلیل است که کسانی که در دنور، کلرادو (5280 فوت) زندگی می‌کنند، دوز سالانه بالاتری از تشعشعات کیهانی نسبت به افراد ساکن در سطح دریا (0 فوت) دریافت می‌کنند.
استخراج اورانیوم در روسیه همچنان یک موضوع بحث برانگیز و "داغ" است، زیرا این کار بسیار خطرناک است. به طور طبیعی اورانیوم و توریم موجود در زمین را رادیونوکلئیدهای اولیه می نامند و منبع تشعشعات زمینی هستند. مقادیر کمی از اورانیوم، توریم و محصولات پوسیده آنها را می توان در همه جا یافت. در مورد واپاشی رادیواکتیو بیشتر بدانید. سطوح تشعشعات زمینی بسته به مکان متفاوت است، اما مناطق با غلظت های بالاتر اورانیوم و توریم در خاک های سطحی معمولا سطوح دوز بالاتری را تجربه می کنند. بنابراین، افرادی که در استخراج اورانیوم در روسیه فعالیت می‌کنند در معرض خطر بزرگی هستند.
تابش و مردم
ردپایی از مواد رادیواکتیو را می توان در بدن انسان یافت (عمدتاً پتاسیم 40 طبیعی). عنصر در غذا، خاک و آب یافت می شود که ماتایید کنید. بدن ما حاوی مقادیر کمی تشعشع است زیرا بدن اشکال غیر رادیواکتیو و رادیواکتیو پتاسیم و سایر عناصر را به همان روش متابولیزه می کند.
بخش کوچکی از تشعشعات پس زمینه از فعالیت های انسانی ناشی می شود. مقادیر کمی از عناصر رادیواکتیو در نتیجه آزمایش سلاح های هسته ای و حوادثی مانند آنچه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل در اوکراین رخ داد، در محیط پراکنده شده است. راکتورهای هسته ای مقادیر کمی از عناصر رادیواکتیو را آزاد می کنند. مواد رادیواکتیو مورد استفاده در صنعت و حتی در برخی از محصولات مصرفی نیز مقادیر کمی تشعشعات پس زمینه ساطع می کنند.
همه ما هر روز در معرض تابش منابع طبیعی مانند مواد معدنی در زمین و منابع مصنوعی مانند اشعه ایکس پزشکی هستیم. بر اساس گزارش شورای ملی حفاظت و اندازه‌گیری در برابر تشعشعات (NCRP)، میانگین سالانه قرار گرفتن انسان در معرض تشعشعات در ایالات متحده 620 میلی‌رم (6.2 میلی‌سیورت) است.
در طبیعت
مواد رادیواکتیو اغلب در طبیعت یافت می شوند. برخی از آنها در خاک، سنگ ها، آب، هوا و پوشش گیاهی یافت می شوند که از آنها استنشاق و بلعیده می شوند. علاوه بر این قرار گرفتن در معرض درونی، انسان همچنین از مواد رادیواکتیو که در خارج از بدن باقی می‌مانند و از تابش کیهانی از فضای خارج، قرار گرفتن در معرض خارجی را نیز دریافت می‌کنند. متوسط دوز طبیعی روزانه برای انسان حدود 2.4 mSv (240 mrem) در سال است.
این چهار برابر استمیانگین جهانی قرار گرفتن در معرض تشعشعات مصنوعی در جهان که در سال 2008 حدود 0.6 mrem (60 Rem) در سال بود. در برخی از کشورهای ثروتمند، مانند ایالات متحده و ژاپن، به دلیل دسترسی بیشتر به ابزار پزشکی خاص، قرار گرفتن در معرض مصنوعی به طور متوسط از قرار گرفتن در معرض طبیعی بیشتر است. در اروپا، میانگین قرار گرفتن در معرض پس‌زمینه طبیعی در سراسر کشورها از 2 mSv (200 mrem) در سال در بریتانیا تا بیش از 7 mSv (700 mrem) برای برخی از گروه‌های مردم در فنلاند متغیر است.
قرار گرفتن در معرض روزانه
قرار گرفتن در معرض منابع طبیعی بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره هم در محل کار و هم در مکان های عمومی است. چنین قرار گرفتن در معرض در بیشتر موارد نگرانی عمومی کم یا بدون نگرانی است، اما در شرایط خاص باید اقدامات حفاظت از سلامت را در نظر گرفت، به عنوان مثال هنگام کار با سنگ معدن اورانیوم و توریم و سایر مواد رادیواکتیو طبیعی (NORM). این موقعیت ها در سال های اخیر به کانون توجه آژانس تبدیل شده است. و این، بدون ذکر مصادیق حوادث ناشی از انتشار مواد رادیواکتیو، مانند فاجعه نیروگاه اتمی چرنوبیل و فوکوشیما، که دانشمندان و سیاستمداران سراسر جهان را وادار کرد تا در نگرش خود نسبت به "اتم صلح آمیز" تجدید نظر کنند.
تابش زمین
تشعشعات زمین فقط شامل منابعی می شود که خارج از بدن باقی می مانند. اما در عین حال آنها همچنان منابع پرتوزای خطرناکی هستند. رادیونوکلئیدهای اصلی نگران کننده پتاسیم، اورانیوم و توریم، محصولات تجزیه آنها هستند. وبرخی از آنها مانند رادیوم و رادون بسیار رادیواکتیو هستند اما در غلظت های پایین رخ می دهند. تعداد این اجرام از زمان شکل گیری زمین به طور غیر قابل اجتناب کاهش یافته است. فعالیت تشعشعی کنونی مرتبط با حضور اورانیوم 238 نصف میزان اولیه وجود سیاره ما است. این به دلیل نیمه عمر آن 4.5 میلیارد سال است و برای پتاسیم 40 (نیمه عمر 1.25 میلیارد سال) فقط حدود 8٪ از اصلی است. اما در طول وجود بشر، میزان تشعشعات بسیار اندکی کاهش یافته است.
بسیاری از ایزوتوپ‌های با نیمه‌عمر کوتاه‌تر (و بنابراین رادیواکتیویته بالا) به دلیل تولید طبیعی ثابتشان تجزیه نشده‌اند. نمونه هایی از این عبارتند از رادیوم-226 (محصول فروپاشی توریم-230 در زنجیره تجزیه اورانیوم-238) و رادون-222 (محصول فروپاشی رادیوم-226 در آن زنجیره).
توریم و اورانیوم
عناصر شیمیایی رادیواکتیو توریم و اورانیوم عمدتاً تحت تجزیه آلفا و بتا قرار می گیرند و به راحتی قابل تشخیص نیستند. این آنها را بسیار خطرناک می کند. با این حال، همین امر را می توان در مورد تابش پروتون نیز گفت. با این حال، بسیاری از مشتقات جانبی آنها از این عناصر نیز ساطع کننده گامای قوی هستند. توریم-232 با پیک 239 کو از سرب-212، 511، 583 و 2614 کو از تالیم-208 و 911 و 969 کو از اکتینیم-228 شناسایی می شود. عنصر شیمیایی رادیواکتیو اورانیوم-238 به صورت قله های بیسموت-214 در 609، 1120 و 1764 کو به نظر می رسد (به همان اوج برای رادون اتمسفر مراجعه کنید). پتاسیم-40 مستقیماً از طریق پیک گاما 1461 شناسایی می شودkeV.
سطح بالای دریا و دیگر توده های بزرگ آبی تقریباً یک دهم پس زمینه زمین است. برعکس، مناطق ساحلی (و مناطق نزدیک به آب شیرین) ممکن است سهم بیشتری از رسوبات پراکنده داشته باشند.
رادون
بزرگترین منبع تشعشعات رادیواکتیو در طبیعت رادون موجود در هوا است، یک گاز رادیواکتیو که از زمین آزاد می شود. رادون و ایزوتوپ‌های آن، رادیونوکلئیدهای اصلی و فرآورده‌های فروپاشی به میانگین دوز قابل تنفس 1.26 میلی‌سیورت در سال (میلی‌سیورت در سال) کمک می‌کنند. رادون به طور نابرابر توزیع می شود و با آب و هوا تغییر می کند، به طوری که دوزهای بسیار بالاتر در بسیاری از نقاط جهان استفاده می شود، جایی که خطر سلامتی قابل توجهی دارد. غلظت هایی 500 برابر بیشتر از میانگین جهانی در داخل ساختمان ها در اسکاندیناوی، ایالات متحده، ایران و جمهوری چک مشاهده شده است. رادون محصول فروپاشی اورانیوم است که در پوسته زمین نسبتاً رایج است، اما بیشتر در سنگ‌های سنگ‌دار پراکنده در سراسر جهان متمرکز است. رادون از این سنگ‌ها به جو یا آب‌های زیرزمینی نشت می‌کند و همچنین به داخل ساختمان‌ها نفوذ می‌کند. می توان آن را همراه با محصولات پوسیدگی به داخل ریه ها استنشاق کرد، جایی که مدتی پس از قرار گرفتن در معرض آن باقی می مانند. به همین دلیل، رادون به عنوان منبع طبیعی تشعشع طبقه بندی می شود.
قرار گرفتن در معرض رادون
اگرچه رادون به طور طبیعی رخ می دهد، اما اثرات آن را می توان با فعالیت های انسانی، مانند ساختن خانه، افزایش یا کاهش داد. انبار ضعیف مهر و موم شدهیک خانه با عایق کاری خوب می تواند منجر به تجمع رادون در خانه شود و ساکنان آن را در معرض خطر قرار دهد. ساخت و ساز گسترده خانه های عایق بندی شده و مهر و موم شده در کشورهای صنعتی شمال منجر به تبدیل شدن رادون به منبع اصلی تشعشعات پس زمینه در برخی جوامع در شمال آمریکای شمالی و اروپا شده است. برخی از مصالح ساختمانی، مانند بتن سبک با زاج شیل، فسفوژیپس و توف ایتالیایی، در صورتی که حاوی رادیوم و متخلخل به گاز باشند، می توانند رادون آزاد کنند.
قرار گرفتن در معرض تابش رادون غیر مستقیم است. رادون نیمه عمر کوتاهی دارد (4 روز) و به ذرات جامد دیگر هسته های رادیواکتیو سری رادیوم تجزیه می شود. این عناصر رادیواکتیو استنشاق می شوند و در ریه ها باقی می مانند و باعث قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می شوند. بنابراین تصور می‌شود که رادون دومین عامل سرطان ریه بعد از سیگار است و تنها در ایالات متحده مسئول بین 15000 تا 22000 مرگ ناشی از سرطان در سال است. با این حال، بحث در مورد نتایج تجربی مخالف هنوز ادامه دارد.
بیشتر زمینه جوی توسط رادون و محصولات تجزیه آن ایجاد می شود. طیف گاما پیک های قابل توجهی را در 609، 1120 و 1764 کو نشان می دهد که به بیسموت-214، محصول فروپاشی رادون تعلق دارد. پس زمینه جوی به شدت به جهت باد و شرایط هواشناسی بستگی دارد. رادون همچنین می تواند به صورت انفجاری از زمین آزاد شود و سپس "ابرهای رادون" را تشکیل دهد که می تواند ده ها کیلومتر را طی کند.
پس زمینه فضایی
زمین و همه موجودات زنده روی آن پیوسته هستندتوسط تشعشعات فضا بمباران شده است. این تشعشع عمدتاً از یون های دارای بار مثبت، از پروتون گرفته تا آهن، و هسته های بزرگتر تولید شده در خارج از منظومه شمسی تشکیل شده است. این تابش با اتم‌های جو تعامل می‌کند و جریان هوای ثانویه از جمله اشعه ایکس، میون، پروتون، ذرات آلفا، پیون‌ها، الکترون‌ها و نوترون‌ها را ایجاد می‌کند.
دز مستقیم تابش کیهانی عمدتاً از میون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها می‌آید و در نقاط مختلف جهان بسته به میدان ژئومغناطیسی و ارتفاع متفاوت است. به عنوان مثال، شهر دنور در ایالات متحده (در ارتفاع 1650 متری) حدود دو برابر دوز پرتوهای کیهانی نسبت به نقطه‌ای در سطح دریا دریافت می‌کند.
این تشعشع در تروپوسفر فوقانی در حدود 10 کیلومتری بسیار قوی تر است و بنابراین برای اعضای خدمه و مسافران عادی که ساعت های زیادی در سال را در این محیط می گذرانند نگران کننده است. طبق مطالعات مختلف، خدمه خطوط هوایی معمولاً در طول پروازهای خود دوز شغلی اضافی از 2.2 mSv (220 mrem) در سال تا 2.19 mSv / سال دریافت می‌کنند.
تابش در مدار
به طور مشابه، پرتوهای کیهانی باعث قرار گرفتن در معرض پس زمینه بیشتر برای فضانوردان نسبت به انسان در سطح زمین می شود. فضانوردانی که در مدارهای پایین کار می کنند، مانند کارمندان ایستگاه های فضایی بین المللی یا شاتل ها، تا حدی توسط میدان مغناطیسی زمین محافظت می شوند، اما همچنین از کمربند ون آلن که نتیجه میدان مغناطیسی زمین است، رنج می برند. خارج از مدار پایین زمین، ماننداین تشعشعات پس‌زمینه‌ای که توسط فضانوردان آپولو که به ماه سفر می‌کنند تجربه کرده‌اند، بسیار شدیدتر است و مانع قابل‌توجهی برای اکتشاف بالقوه درازمدت انسان در ماه یا مریخ است.
تأثیرات کیهانی همچنین باعث تغییر شکل عنصری در جو می شود که در آن تابش ثانویه تولید شده توسط آنها با هسته های اتمی موجود در جو ترکیب می شود و هسته های مختلفی را تشکیل می دهد. بسیاری از هسته های به اصطلاح کیهان زا را می توان تولید کرد، اما احتمالاً قابل توجه ترین آنها کربن 14 است که از برهم کنش با اتم های نیتروژن تشکیل می شود. این هسته های کیهانی در نهایت به سطح زمین می رسند و می توانند در موجودات زنده گنجانده شوند. تولید این هسته‌ها در طول دگرگونی‌های شار خورشیدی کوتاه‌مدت کمی متفاوت است، اما در مقیاس‌های بزرگ - از هزاران تا میلیون‌ها سال - عملاً ثابت است. تولید ثابت، ادغام و نیمه عمر نسبتاً کوتاه کربن 14 اصولی است که در تاریخ سنجی رادیوکربنی مواد بیولوژیکی باستانی مانند مصنوعات چوبی یا بقایای انسان استفاده می شود.
اشعه گاما
تشعشعات کیهانی در سطح دریا معمولاً به صورت تشعشع گامای ۵۱۱ کو از نابودی پوزیترون ایجاد می شود که توسط واکنش های هسته ای ذرات پرانرژی و پرتوهای گاما ایجاد می شود. در ارتفاعات بالا نیز سهمی از طیف پیوسته bremsstrahlung وجود دارد. بنابراین در بین دانشمندان موضوع تشعشعات خورشیدی و تعادل تشعشعات بسیار مهم تلقی می شود.
تابش در داخل بدن
دو عنصر مهم تشکیل دهنده بدن انسان، یعنی پتاسیم و کربن، حاوی ایزوتوپ هایی هستند که دوز تابش پس زمینه ما را تا حد زیادی افزایش می دهند. این بدان معناست که آنها همچنین می توانند منابع تشعشعات رادیواکتیو باشند.
عناصر و ترکیبات شیمیایی خطرناک تمایل به تجمع دارند. بدن انسان به طور متوسط حاوی حدود 17 میلی گرم پتاسیم-40 (40K) و حدود 24 نانوگرم (10-8 گرم) کربن-14 (14C) است (نیمه عمر - 5730 سال). بدون در نظر گرفتن آلودگی داخلی توسط مواد رادیواکتیو خارجی، این دو عنصر بزرگترین اجزای مواجهه داخلی با اجزای عملکردی بیولوژیکی بدن انسان هستند. حدود 4000 هسته با سرعت 40K در ثانیه و همین تعداد در 14 درجه سانتیگراد تجزیه می شوند. انرژی ذرات بتا در دمای 40 کلوین تقریباً 10 برابر بیشتر از ذرات بتا در دمای 14 درجه سانتیگراد است.
14C در بدن انسان در حدود 3700 Bq (0.1 μCi) با نیمه عمر بیولوژیکی 40 روز وجود دارد. این بدان معناست که تجزیه 14C حدود 3700 ذره بتا در هر ثانیه تولید می کند. تقریباً نیمی از سلول‌های انسانی دارای اتم 14 درجه سانتیگراد هستند.
متوسط جهانی دوز داخلی رادیونوکلئیدها به غیر از رادون و محصولات تجزیه آن 0.29 mSv/year است که 0.17 mSv/year آن در 40K است، 0.12 mSv/year از سری اورانیوم و توریم و 12 μSv / سال است. سال - از 14 درجه سانتیگراد. همچنین شایان ذکر است که دستگاه های اشعه ایکس پزشکی نیز اغلب هستندرادیواکتیو هستند، اما تشعشعات آنها برای انسان خطرناک نیست.
