Рентген көздері. Рентген түтігі иондаушы сәулелену көзі болып табылады ма?

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 17:50

Жердегі тіршіліктің бүкіл тарихында организмдер үнемі ғарыштық сәулелердің және олардан атмосферада пайда болған радионуклидтердің, сондай-ақ табиғатта барлық жерде кездесетін заттардың сәулеленуінің әсеріне ұшырады. Қазіргі өмір қоршаған ортаның барлық мүмкіндіктері мен шектеулеріне, соның ішінде рентген сәулелерінің табиғи көздеріне бейімделді.

Сәулеленудің жоғары деңгейі ағзалар үшін әрине зиянды болғанымен, радиацияның кейбір түрлері өмір үшін өте маңызды. Мысалы, радиациялық фон химиялық және биологиялық эволюцияның іргелі процестеріне ықпал етті. Сондай-ақ Жер ядросының жылуы бастапқы, табиғи радионуклидтердің ыдырау жылуымен қамтамасыз етілетіні және сақталуы анық.

Ғарыштық сәулелер

Жерді үздіксіз бомбалап тұратын жерден тыс радиация деп аталады.бос орын.

Бұл енетін сәуленің біздің планетамызға Жерден емес, ғарыштан келетіндігі теңіз деңгейінен 9000 м-ге дейінгі әртүрлі биіктіктегі иондануды өлшеуге арналған эксперименттерде анықталды. Иондаушы сәулеленудің қарқындылығы анықталды. 700 м биіктікке дейін төмендеді, содан кейін көтерілу кезінде тез өсті. Бастапқы азаюды жердегі гамма-сәулелердің қарқындылығының төмендеуімен, ал ғарыштық сәулелердің әсерімен жоғарылауымен түсіндіруге болады.

Ғарыштағы рентгендік көздер келесідей:

• галактикалар топтары;
• Сейферт галактикалары;
• Күн;
• жұлдыз;
• квазарлар;
• қара тесіктер;
• супернованың қалдықтары;
• ақ гномдар;
• қара жұлдыздар, т.б.

Мұндай радиацияның дәлелі, мысалы, күннің жарылуынан кейін Жерде байқалатын ғарыштық сәулелердің қарқындылығының артуы. Бірақ біздің жұлдыз жалпы ағынға негізгі үлес қоса алмайды, өйткені оның күнделікті вариациялары өте аз.

Сәулелердің екі түрі

Ғарыштық сәулелер негізгі және қосалқы болып бөлінеді. Атмосферадағы, литосферадағы немесе жердің гидросферасындағы заттармен әрекеттеспейтін радиация біріншілік деп аталады. Ол протондардан (≈ 85%) және альфа-бөлшектерден (≈ 14%) тұрады, ағындары әлдеқайда азырақ (< 1%) ауыр ядролардан тұрады. Сәулелену көздері бастапқы сәулелену және атмосфера болып табылатын екінші реттік ғарыштық рентген сәулелері пиондар, мюондар және атомдар сияқты субатомиялық бөлшектерден тұрады.электрондар. Теңіз деңгейінде байқалатын сәулеленудің барлығы дерлік екінші реттік ғарыштық сәулелерден тұрады, олардың 68% мюондар және 30% электрондар. Теңіз деңгейіндегі ағынның 1%-дан азы протондардан тұрады.

Алғашқы ғарыштық сәулелер, әдетте, үлкен кинетикалық энергияға ие. Олар оң зарядталған және магнит өрісінде үдеу арқылы энергия алады. Ғарыш кеңістігінің вакуумында зарядталған бөлшектер ұзақ уақыт өмір сүре алады және миллиондаған жарық жылдарын жүре алады. Бұл ұшу кезінде олар 2–30 ГэВ (1 ГэВ=10⁹ эВ) тәртібі бойынша жоғары кинетикалық энергияға ие болады. Жеке бөлшектердің энергиясы 10^{10 GeV.}

Бірінші ғарыштық сәулелердің жоғары энергиялары соқтығысқан кезде жер атмосферасындағы атомдарды сөзбе-сөз бөлуге мүмкіндік береді. Нейтрондармен, протондармен және субатомдық бөлшектермен қатар сутегі, гелий, бериллий сияқты жеңіл элементтер түзілуі мүмкін. Мюондар әрқашан зарядталған және тез электрондарға немесе позитрондарға ыдырайды.

Магниттік қалқан

Ғарыштық сәулелердің қарқындылығы шамамен 20 км биіктікте максимумға жеткенше көтерілу кезінде күрт артады. 20 км-ден атмосфераның шекарасына дейін (50 км-ге дейін) қарқындылық төмендейді.

Бұл заңдылық ауа тығыздығының артуы нәтижесінде екінші реттік сәуле шығару өндірісінің ұлғаюымен түсіндіріледі. 20 км биіктікте бастапқы радиацияның көп бөлігі өзара әрекеттесуге кірісті, ал қарқындылықтың 20 км-ден теңіз деңгейіне дейін төмендеуі қайталама сәулелердің жұтылуын көрсетеді.атмосфера, шамамен 10 метр суға тең.

Сәулеленудің қарқындылығы ендікке де байланысты. Сол биіктікте ғарыштық ағын экватордан 50–60° ендікке дейін артады және полюстерге дейін тұрақты болып қалады. Бұл Жердің магнит өрісінің пішінімен және бастапқы сәулелену энергиясының таралуымен түсіндіріледі. Атмосферадан тысқары жатқан магнит өрісінің сызықтары әдетте экваторда жер бетіне параллель және полюстерде перпендикуляр болады. Зарядталған бөлшектер магнит өрісінің сызықтары бойымен оңай қозғалады, бірақ оны көлденең бағытта әрең жеңеді. Полюстерден 60°-қа дейін іс жүзінде барлық бастапқы радиация Жер атмосферасына жетеді, ал экваторда магниттік қалқанға тек энергиясы 15 ГэВ асатын бөлшектер ғана өте алады.

Қосымша рентгендік көздер

Ғарыштық сәулелердің затпен әрекеттесуі нәтижесінде радионуклидтердің едәуір мөлшері үздіксіз түзіледі. Олардың көпшілігі фрагменттер, бірақ олардың кейбіреулері нейтрондар немесе мюондар арқылы тұрақты атомдарды белсендіру арқылы түзіледі. Атмосферадағы радионуклидтердің табиғи өндірісі биіктік пен ендіктегі ғарыштық сәулеленудің қарқындылығына сәйкес келеді. Олардың шамамен 70%-ы стратосферада, ал 30%-ы тропосферада пайда болады.

H-3 және C-14 қоспағанда, радионуклидтер әдетте өте төмен концентрацияларда кездеседі. Тритий сұйылтылып, сумен және H-2мен араласады, ал C-14 оттегімен қосылып, атмосфералық көмірқышқыл газымен араласатын CO_{2 түзеді. Көміртек-14 өсімдіктерге фотосинтез арқылы енеді.}

Жер радиациясы

Жермен бірге пайда болған көптеген радионуклидтердің ішінде олардың қазіргі тіршілігін түсіндіруге жеткілікті ұзақ жартылай ыдырау периоды бар. Егер біздің планетамыз шамамен 6 миллиард жыл бұрын пайда болса, өлшенетін мөлшерде қалу үшін оларға кемінде 100 миллион жыл жартылай ыдырау кезеңі қажет болады. Осы уақытқа дейін ашылған алғашқы радионуклидтердің үшеуі ең маңызды болып табылады. Рентген көзі - K-40, U-238 және Th-232. Уран мен торийдің әрқайсысы бастапқы изотоптың қатысуымен әрқашан дерлік болатын ыдырау өнімдерінің тізбегін құрайды. Көптеген еншілес радионуклидтер қысқа өмір сүретін болса да, олар қоршаған ортада жиі кездеседі, өйткені олар үнемі ұзақ өмір сүретін негізгі материалдардан түзіледі.

Басқа ұзақ өмір сүретін алғашқы рентген көздері, қысқасы, өте төмен концентрацияда. Бұл Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 және т.б. Табиғи нейтрондар көптеген басқа радионуклидтерді құрайды, бірақ олардың концентрациясы әдетте өте төмен. Африканың Габон қаласындағы Окло карьерінде ядролық реакциялар жүріп жатқан «табиғи реактордың» дәлелі бар. U-235-тің сарқылуы және бай уран кенішінде ыдырау өнімдерінің болуы мұнда шамамен 2 миллиард жыл бұрын өздігінен индукцияланған тізбекті реакцияның болғанын көрсетеді.

Алғашқы радионуклидтер барлық жерде болғанымен, олардың концентрациясы орналасқан жеріне байланысты өзгереді. НегізгіТабиғи радиоактивтіліктің қоймасы литосфера болып табылады. Сонымен қатар, ол литосферада айтарлықтай өзгереді. Кейде ол қосылыстар мен минералдардың белгілі бір түрлерімен байланысты, кейде ол тек аймақтық, тау жыныстары мен минералдар түрлерімен байланысы шамалы.

Табиғи экожүйелердегі алғашқы радионуклидтердің және олардың ұрпақтарының ыдырау өнімдерінің таралуы көптеген факторларға, соның ішінде нуклидтердің химиялық қасиеттеріне, экожүйенің физикалық факторларына, флора мен фаунаның физиологиялық және экологиялық атрибуттарына байланысты. Тау жыныстарының ыдырауы, олардың негізгі резервуары топыраққа U, Th және K береді. Бұл ауысуға Th және U ыдырау өнімдері де қатысады. Топырақтан K, Ra, аздап U және өте аз Th өсімдіктерге сіңеді. Олар калий-40-ты тұрақты К сияқты пайдаланады. U-238-нің ыдырау өнімі Радийді зауыт изотоп болғандықтан емес, химиялық құрамы жағынан кальцийге жақын болғандықтан пайдаланады. Өсімдіктердің уран мен торийді сіңіруі әдетте шамалы, өйткені бұл радионуклидтер әдетте ерімейді.

Радон

Табиғи сәулелену көздерінің ішіндегі ең маңыздысы – дәмсіз, иіссіз элемент, ауадан 8 есе ауыр көзге көрінбейтін газ, радон. Ол екі негізгі изотоптан тұрады - радон-222, U-238 ыдырау өнімдерінің бірі және радон-220, Th-232 ыдырауы кезінде пайда болады.

Тау жыныстары, топырақ, өсімдіктер, жануарлар атмосфераға радон шығарады. Газ радийдің ыдырау өнімі болып табылады және кез келген материалда пайда боладыоның құрамында. Радон инертті газ болғандықтан, ол атмосферамен жанасатын беттерден бөлінуі мүмкін. Тау жыныстарының берілген массасынан шығатын радон мөлшері радий мөлшері мен бетінің ауданына байланысты. Тау жынысы неғұрлым аз болса, соғұрлым ол радонды көбірек бөле алады. Радий бар материалдардың жанындағы ауадағы Rn концентрациясы да ауаның жылдамдығына байланысты. Ауа айналымы нашар жертөлелерде, үңгірлерде және шахталарда радон концентрациясы айтарлықтай деңгейге жетуі мүмкін.

Rn тез ыдырайды және бірқатар еншілес радионуклидтер түзеді. Атмосферада пайда болғаннан кейін радонның ыдырау өнімдері топыраққа және өсімдіктерге түсетін ұсақ шаң бөлшектерімен қосылып, жануарлармен де жұтылады. Жауын-шашын әсіресе радиоактивті элементтерді ауадан тазартуда тиімді, бірақ аэрозоль бөлшектерінің әсері мен тұнбасы да олардың тұндырылуына ықпал етеді.

Қоңай климатта үй-жайдағы радон концентрациясы сырттағыға қарағанда орта есеппен 5-10 есе жоғары.

Соңғы бірнеше онжылдықта адам «жасанды» бірнеше жүздеген радионуклидтерді, олармен байланысты рентген сәулелерін, көздерін, медицинада, әскери, электр энергиясын өндіруде, аспап жасауда және пайдалы қазбаларды барлауда қолданылатын қасиеттерін өндірді.

Сәулеленудің техногендік көздерінің жеке әсерлері әртүрлі. Көптеген адамдар жасанды сәулеленудің салыстырмалы түрде аз дозасын алады, бірақ кейбіреулер табиғи көздерден мыңдаған есе көп сәуле алады. Жасанды көздер жақсырақтабиғиға қарағанда бақыланады.

Медицинадағы рентгендік көздер

Өнеркәсіпте және медицинада, әдетте, тек таза радионуклидтер пайдаланылады, бұл сақтау орындарынан ағып кету жолдарын анықтауды және жою процесін жеңілдетеді.

Сәулеленуді медицинада қолдану кеңінен таралған және оның айтарлықтай әсер ету мүмкіндігі бар. Оған медицинада қолданылатын рентген сәулелері кіреді:

• диагностика;
• терапия;
• аналитикалық процедуралар;
• қадам.

Диагностика үшін жабық көздер де, радиоактивті іздестіру құралдары да қолданылады. Медициналық мекемелер бұл қолданбаларды әдетте радиология және ядролық медицина деп ажыратады.

Рентген түтігі иондаушы сәулелену көзі болып табылады ма? Компьютерлік томография және флюорография - оның көмегімен жүзеге асырылатын белгілі диагностикалық процедуралар. Сонымен қатар, медициналық рентгенографияда изотоптық көздердің, соның ішінде гамма және бета көздерін және рентгендік аппараттар ыңғайсыз, орынсыз немесе қауіпті болуы мүмкін жағдайларда эксперименттік нейтрон көздерін қолданудың көптеген түрлері бар. Қоршаған орта тұрғысынан радиографиялық сәулелену оның көздері есеп беретін және дұрыс жойылғанша қауіп төндірмейді. Осыған байланысты радий элементтерінің, радон инелерінің және құрамында радий бар люминесцентті қосылыстардың тарихы көңіл көншітпейді.

⁹⁰Sr негізіндегі жиі қолданылатын рентгендік көздернемесе ¹⁴⁷ Кешкі сағат. ^{252Cf портативті нейтрондық генератор ретінде пайда болуы нейтрондық радиографияны кеңінен қол жетімді етті, дегенмен жалпы әдіс әлі де ядролық реакторлардың қолжетімділігіне өте тәуелді.}

Ядролық медицина

Қоршаған орта үшін негізгі қауіп ядролық медицинадағы радиоизотоптық белгілер және рентген сәулелері. Қажет емес әсерлердің мысалдары төмендегідей:

• науқастың сәулеленуі;
• аурухана қызметкерлерінің сәулеленуі;
• радиактивті фармацевтикалық заттарды тасымалдау кезіндегі әсер ету;
• өндіріс кезіндегі әсер;
• радиактивті қалдықтардың әсері.

Соңғы жылдары әсері неғұрлым қысқарақ изотоптарды енгізу және жоғары локализацияланған препараттарды қолдану арқылы пациенттерге әсер етуді азайту үрдісі байқалды.

Жартылай шығарылу кезеңінің қысқа болуы радиоактивті қалдықтардың әсерін азайтады, өйткені ұзақ өмір сүретін элементтердің көпшілігі бүйрек арқылы шығарылады.

Кәріз құбырларының қоршаған ортаға әсері науқастың стационарлық немесе амбулаторлық емделуші болуына байланысты емес сияқты. Бөлінетін радиоактивті элементтердің көпшілігі қысқа мерзімді болуы мүмкін болса да, жинақталған әсер барлық атом электр станцияларының ластану деңгейінен әлдеқайда асып түседі.

Медицинада ең жиі қолданылатын радионуклидтер рентген сәулелерінің көздері болып табылады:

• 99mTc – бас сүйек пен миды сканерлеу, церебральды қан сканерлеу, жүрек, бауыр, өкпе, қалқанша безді сканерлеу, плацентарлы локализация;
• 131I - қан, бауыр сканері, плацентаның локализациясы, қалқанша безді сканерлеу және емдеу;
• 51Cr – эритроциттердің немесе секвестрдің болу ұзақтығын, қан көлемін анықтау;
• 57Co - Шиллинг сынағы;
• 32P – сүйек метастаздары.

Таңбаланған органикалық қосылыстарды қолданатын радиоиммундық талдау процедураларын, зәр анализін және басқа зерттеу әдістерін кеңінен қолдану сұйық сцинтилляциялық препараттарды қолдануды айтарлықтай арттырды. Әдетте толуол немесе ксилол негізіндегі органикалық фосфор ерітінділері кәдеге жаратылуы тиіс сұйық органикалық қалдықтардың жеткілікті үлкен көлемін құрайды. Сұйық күйде өңдеу ықтимал қауіпті және экологиялық тұрғыдан қолайсыз. Осы себепті қалдықтарды жағуға артықшылық беріледі.

Ұзақ өмір сүретін ³H немесе ^{14C қоршаған ортада оңай еритіндіктен, олардың экспозициясы қалыпты ауқымда. Бірақ жинақталған әсер айтарлықтай болуы мүмкін.}

Радинуклидтерді медициналық қолданудың тағы бір түрі - кардиостимуляторларды қуаттандыру үшін плутоний батареяларын пайдалану. Мыңдаған адамдар қазір тірі, өйткені бұл құрылғылар олардың жүректерінің жұмыс істеуіне көмектеседі. 238Pu (150 ГБq) жабық көздері науқастарға хирургиялық имплантацияланады.

Өнеркәсіптік рентген сәулелері: көздері, қасиеттері, қолданылуы

Медицина электромагниттік спектрдің бұл бөлігі қолданылған жалғыз сала емес. Өнеркәсіпте қолданылатын радиоизотоптар мен рентгендік көздер техногендік радиациялық жағдайдың маңызды бөлігі болып табылады. Қолданба мысалдары:

• өнеркәсіптік рентгенография;
• радиацияны өлшеу;
• түтін детекторлары;
• өзін-өзі жарқырататын материалдар;
• Рентгендік кристаллография;
• жүк пен қол жүгін тексеруге арналған сканерлер;
• рентгендік лазерлер;
• синхротрондар;
• циклотрондар.

Бұл қолданбалардың көпшілігі инкапсуляцияланған изотоптарды пайдалануды қамтитындықтан, радиацияның әсері тасымалдау, тасымалдау, техникалық қызмет көрсету және жою кезінде орын алады.

Рентген түтігі өнеркәсіпте иондаушы сәулелену көзі болып табылады ма? Иә, ол әуежайдың бұзылмайтын сынақ жүйелерінде, кристалдарды, материалдар мен құрылымдарды зерттеуде және өнеркәсіптік бақылауда қолданылады. Соңғы онжылдықтарда ғылым мен өндірісте сәулелену әсерінің дозалары медицинадағы осы көрсеткіштің жарты мәніне жетті; демек, үлес айтарлықтай.

Инкапсулирленген рентген көздерінің өздігінен әсері шамалы. Бірақ оларды тасымалдау және кәдеге жарату оларды жоғалтқанда немесе полигонға қате тастаған кезде алаңдатады. Мұндай көздерРентген сәулелері әдетте екі рет тығыздалған дискілер немесе цилиндрлер ретінде жеткізіледі және орнатылады. Капсулалар тот баспайтын болаттан жасалған және ағып кетуді кезеңді түрде тексеруді қажет етеді. Оларды кәдеге жарату қиындық тудыруы мүмкін. Қысқа мерзімді көздер сақталуы және нашарлауы мүмкін, бірақ бұл жағдайда да олар тиісті түрде есепке алынуы және қалдық белсенді материал лицензиясы бар мекемеде жойылуы керек. Әйтпесе, капсулаларды мамандандырылған мекемелерге жіберу керек. Олардың қуаты рентгендік көздің белсенді бөлігінің материалы мен өлшемін анықтайды.

Рентген сәулелерінің көзін сақтау орындары

Өсіп келе жатқан мәселе – бұрын радиоактивті материалдар сақталған өнеркәсіп орындарын қауіпсіз пайдаланудан шығару және залалсыздандыру. Бұл негізінен ескірген ядролық қайта өңдеу қондырғылары, бірақ өздігінен жарқырайтын тритий белгілерін шығаратын зауыттар сияқты басқа салаларды тарту қажет.

Кең тараған ұзақ өмір сүретін төмен деңгейлі көздер ерекше проблема болып табылады. Мысалы, 241Am түтін детекторларында қолданылады. Радоннан басқа, бұл күнделікті өмірде рентгендік сәулеленудің негізгі көздері. Жекелей алғанда, олар ешқандай қауіп төндірмейді, бірақ олардың едәуір бөлігі болашақта проблема тудыруы мүмкін.

Ядролық жарылыстар

Соңғы 50 жыл ішінде әрбір адам ядролық қаруды сынау нәтижесінде пайда болған радиацияға ұшырады. Олардың шыңы болды1954-1958 және 1961-1962.

1963 жылы үш мемлекет (КСРО, АҚШ және Ұлыбритания) атмосферада, мұхитта және ғарыш кеңістігінде ядролық сынақтарға ішінара тыйым салу туралы келісімге қол қойды. Келесі екі онжылдықта Франция мен Қытай 1980 жылы тоқтатылған біршама кішірек сынақтар сериясын өткізді. Жер асты сынақтары әлі жалғасуда, бірақ олар әдетте жауын-шашын тудырмайды.

Атмосфералық сынақтардың радиоактивті ластануы жарылыс орнына жақын жерде түседі. Олардың кейбіреулері тропосферада қалады және желмен бір ендік бойынша дүние жүзіне таралады. Қозғалыс кезінде олар жерге құлап, ауада бір айға жуық қалады. Бірақ олардың көпшілігі стратосфераға ығыстырылады, онда ластану айлар бойы сақталады және планетада баяу батып кетеді.

Радиоактивті жауын-шашынға бірнеше жүздеген түрлі радионуклидтер кіреді, бірақ олардың кейбіреулері ғана адам ағзасына әсер ете алады, сондықтан олардың мөлшері өте кішкентай және ыдырауы тез. Ең маңыздылары C-14, Cs-137, Zr-95 және Sr-90.

Zr-95 жартылай шығарылу кезеңі 64 күн, ал Cs-137 және Sr-90 шамамен 30 жыл. Жартылай ыдырау периоды 5730 болатын көміртек-14 ғана болашақта белсенді болып қалады.

Ядролық энергия

Ядролық энергетика барлық антропогендік сәулелену көздерінің ішіндегі ең даулысы, бірақ ол адам денсаулығына өте аз әсер етеді. Қалыпты жұмыс кезінде ядролық қондырғылар қоршаған ортаға елеусіз мөлшерде радиация бөледі. 2016 жылдың ақпаны31 елде 442 азаматтық жұмыс істейтін ядролық реакторлар бар және тағы 66-сы салынып жатыр. Бұл ядролық отын өндіру циклінің бір бөлігі ғана. Ол уран рудасын өндіру мен ұнтақтаудан басталып, ядролық отын өндірумен жалғасады. Электр станцияларында пайдаланылғаннан кейін отын элементтері кейде уран мен плутонийді қалпына келтіру үшін қайта өңделеді. Ақырында цикл ядролық қалдықтарды кәдеге жаратумен аяқталады. Бұл циклдің әрбір кезеңінде радиоактивті материалдар бөлінуі мүмкін.

Дүние жүзіндегі уран рудасының жартысына жуығы ашық карьерлерден, қалған жартысы кеніштерден алынады. Содан кейін ол үлкен көлемдегі қалдықтарды - жүздеген миллион тоннаны түзетін жақын жердегі ұсақтағыштарда ұсақталады. Бұл қалдықтар зауыт жұмысын тоқтатқаннан кейін миллиондаған жылдар бойы радиоактивті болып қалады, дегенмен радиация табиғи фонның өте аз ғана бөлігі болып табылады.

Осыдан кейін уран байыту зауыттарында одан әрі өңдеу және тазарту арқылы отынға айналады. Бұл процестер ауа мен судың ластануына әкеледі, бірақ олар отын айналымының басқа кезеңдеріне қарағанда әлдеқайда аз.