Sumber sinar-X. Adakah tiub sinar-x merupakan sumber sinaran mengion?

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Sepanjang sejarah kehidupan di Bumi, organisma sentiasa terdedah kepada sinaran kosmik dan radionuklid yang terbentuk olehnya di atmosfera, serta sinaran daripada bahan yang terdapat di mana-mana. Kehidupan moden telah menyesuaikan diri dengan semua ciri dan batasan persekitaran, termasuk sumber semula jadi sinar-X.

Walaupun tahap sinaran yang tinggi sememangnya berbahaya kepada organisma, jenis sinaran tertentu adalah penting untuk kehidupan. Sebagai contoh, latar belakang sinaran menyumbang kepada proses asas evolusi kimia dan biologi. Juga jelas ialah hakikat bahawa haba teras Bumi disediakan dan dikekalkan oleh haba pereputan radionuklid semula jadi primer.

Sinar kosmik

Radiasi asal luar angkasa yang terus membedil Bumi dipanggilruang.

Fakta bahawa sinaran menembusi ini sampai ke planet kita dari angkasa lepas, dan bukan dari Bumi, ditemui dalam eksperimen untuk mengukur pengionan pada pelbagai ketinggian, dari aras laut hingga 9000 m. Didapati bahawa keamatan sinaran mengion menurun sehingga ketinggian 700 m, dan kemudian meningkat dengan cepat dengan pendakian. Penurunan awal boleh dijelaskan dengan penurunan keamatan sinar gama daratan dan peningkatan oleh tindakan sinar kosmik.

Sumber sinar-X di angkasa adalah seperti berikut:

• kumpulan galaksi;
• Galaksi Seyfert;
• Matahari;
• bintang;
• quasars;
• lobang hitam;
• sisa supernova;
• kerdil putih;
• bintang gelap, dsb.

Bukti sinaran sedemikian, sebagai contoh, ialah peningkatan dalam keamatan sinaran kosmik yang diperhatikan di Bumi selepas suar suria. Tetapi bintang kami tidak memberikan sumbangan utama kepada jumlah fluks, kerana variasi hariannya sangat kecil.

Dua jenis sinar

Sinar kosmik terbahagi kepada primer dan sekunder. Sinaran yang tidak berinteraksi dengan jirim di atmosfera, litosfera atau hidrosfera Bumi dipanggil primer. Ia terdiri daripada proton (≈ 85%) dan zarah alfa (≈ 14%), dengan fluks yang lebih kecil (< 1%) nukleus yang lebih berat. X-ray kosmik sekunder, yang sumber sinarannya adalah sinaran primer dan atmosfera, terdiri daripada zarah subatom seperti pion, muon, danelektron. Di aras laut, hampir semua sinaran yang diperhatikan terdiri daripada sinaran kosmik sekunder, 68% daripadanya adalah muon dan 30% adalah elektron. Kurang daripada 1% daripada fluks di aras laut terdiri daripada proton.

Sinar kosmik utama, sebagai peraturan, mempunyai tenaga kinetik yang besar. Mereka bercas positif dan mendapat tenaga dengan memecut dalam medan magnet. Dalam vakum angkasa lepas, zarah bercas boleh wujud untuk masa yang lama dan bergerak berjuta-juta tahun cahaya. Semasa penerbangan ini, mereka memperoleh tenaga kinetik yang tinggi, mengikut urutan 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Zarah individu mempunyai tenaga sehingga 10^{10 GeV.}

Tenaga tinggi sinar kosmik primer membolehkannya membelah atom secara literal dalam atmosfera bumi apabila ia berlanggar. Bersama-sama dengan neutron, proton, dan zarah subatom, unsur cahaya seperti hidrogen, helium, dan berilium boleh dibentuk. Muon sentiasa dicas dan juga cepat mereput menjadi elektron atau positron.

Perisai Magnet

Keamatan sinar kosmik meningkat secara mendadak dengan pendakian sehingga mencapai maksimum pada ketinggian kira-kira 20 km. Dari 20 km ke sempadan atmosfera (sehingga 50 km) keamatan berkurangan.

Corak ini dijelaskan oleh peningkatan dalam pengeluaran sinaran sekunder akibat daripada peningkatan ketumpatan udara. Pada ketinggian 20 km, kebanyakan sinaran primer telah memasuki interaksi, dan penurunan intensiti dari 20 km ke paras laut mencerminkan penyerapan sinar sekunder.atmosfera, bersamaan dengan kira-kira 10 meter air.

Keamatan sinaran juga berkaitan dengan latitud. Pada ketinggian yang sama, aliran kosmik meningkat dari khatulistiwa ke latitud 50–60° dan kekal malar sehingga ke kutub. Ini dijelaskan oleh bentuk medan magnet Bumi dan pengagihan tenaga sinaran primer. Garis medan magnet yang melangkaui atmosfera biasanya selari dengan permukaan bumi di khatulistiwa dan berserenjang di kutub. Zarah bercas mudah bergerak di sepanjang garis medan magnet, tetapi sukar mengatasinya dalam arah melintang. Dari kutub hingga 60°, hampir semua sinaran primer mencapai atmosfera Bumi, dan di khatulistiwa hanya zarah dengan tenaga melebihi 15 GeV boleh menembusi perisai magnetik.

Sumber X-ray sekunder

Akibat daripada interaksi sinar kosmik dengan jirim, sejumlah besar radionuklid dihasilkan secara berterusan. Kebanyakannya adalah serpihan, tetapi sebahagian daripadanya terbentuk melalui pengaktifan atom stabil oleh neutron atau muon. Pengeluaran semula jadi radionuklid di atmosfera sepadan dengan keamatan sinaran kosmik dalam ketinggian dan latitud. Kira-kira 70% daripadanya berasal dari stratosfera, dan 30% di troposfera.

Kecuali H-3 dan C-14, radionuklid biasanya ditemui dalam kepekatan yang sangat rendah. Tritium dicairkan dan dicampur dengan air dan H-2, dan C-14 bergabung dengan oksigen untuk membentuk CO_{2, yang bercampur dengan karbon dioksida atmosfera. Karbon-14 memasuki tumbuhan melalui fotosintesis.}

Sinaran Bumi

Daripada banyak radionuklid yang telah terbentuk dengan Bumi, hanya beberapa yang mempunyai separuh hayat cukup lama untuk menjelaskan kewujudan semasa mereka. Jika planet kita terbentuk kira-kira 6 bilion tahun yang lalu, mereka memerlukan separuh hayat sekurang-kurangnya 100 juta tahun untuk kekal dalam kuantiti yang boleh diukur. Daripada radionuklid primer yang ditemui setakat ini, tiga adalah yang paling penting. Sumber X-ray ialah K-40, U-238 dan Th-232. Uranium dan torium masing-masing membentuk rantaian produk pereputan yang hampir selalu berada di hadapan isotop asal. Walaupun kebanyakan radionuklid anak perempuan berumur pendek, ia adalah perkara biasa dalam persekitaran kerana ia sentiasa terbentuk daripada bahan induk yang tahan lama.

Sumber sinar-X tahan lama primordial lain, ringkasnya, berada dalam kepekatan yang sangat rendah. Ini ialah Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, dsb. Neutron semulajadi membentuk banyak radionuklid lain, tetapi kepekatannya biasanya sangat rendah. Kuari Oklo di Gabon, Afrika, mengandungi bukti "reaktor semula jadi" di mana tindak balas nuklear berlaku. Kehabisan U-235 dan kehadiran produk pembelahan dalam deposit uranium yang kaya menunjukkan bahawa tindak balas berantai yang disebabkan secara spontan berlaku di sini kira-kira 2 bilion tahun yang lalu.

Walaupun radionuklid primordial terdapat di mana-mana, kepekatannya berbeza mengikut lokasi. UtamaTakungan radioaktiviti semula jadi ialah litosfera. Di samping itu, ia berubah dengan ketara dalam litosfera. Kadangkala ia dikaitkan dengan jenis sebatian dan mineral tertentu, kadangkala ia adalah serantau semata-mata, dengan sedikit korelasi dengan jenis batuan dan mineral.

Taburan radionuklid primer dan hasil pereputan keturunannya dalam ekosistem semula jadi bergantung kepada banyak faktor, termasuk sifat kimia nuklida, faktor fizikal ekosistem, dan sifat fisiologi dan ekologi flora dan fauna. Luluhawa batuan, takungan utamanya, membekalkan U, Th dan K ke dalam tanah. Hasil pereputan Th dan U juga mengambil bahagian dalam pemindahan ini. Dari tanah, K, Ra, sedikit U dan sangat sedikit Th diserap oleh tumbuhan. Mereka menggunakan kalium-40 dengan cara yang sama seperti K. Radium yang stabil, produk pereputan U-238, digunakan oleh tumbuhan, bukan kerana ia adalah isotop, tetapi kerana ia secara kimia dekat dengan kalsium. Pengambilan uranium dan torium oleh tumbuhan biasanya diabaikan kerana radionuklid ini biasanya tidak larut.

Radon

Sumber sinaran semula jadi yang paling penting ialah unsur hambar, tidak berbau, gas tidak kelihatan yang 8 kali lebih berat daripada udara, radon. Ia terdiri daripada dua isotop utama - radon-222, salah satu produk pereputan U-238, dan radon-220, yang terbentuk semasa pereputan Th-232.

Batu, tanah, tumbuhan, haiwan mengeluarkan radon ke atmosfera. Gas adalah hasil pereputan radium dan dihasilkan dalam sebarang bahanyang mengandunginya. Kerana radon adalah gas lengai, ia boleh dibebaskan dari permukaan yang bersentuhan dengan atmosfera. Jumlah radon yang keluar daripada jisim batu tertentu bergantung pada jumlah radium dan luas permukaan. Semakin kecil batu itu, semakin banyak radon yang boleh dilepaskan. Kepekatan Rn dalam udara di sebelah bahan yang mengandungi radium juga bergantung kepada halaju udara. Di ruang bawah tanah, gua dan lombong yang mempunyai peredaran udara yang lemah, kepekatan radon boleh mencapai tahap yang ketara.

Rn mereput agak cepat dan membentuk sejumlah radionuklid anak perempuan. Setelah terbentuk di atmosfera, produk pereputan radon bergabung dengan zarah debu halus yang mengendap di tanah dan tumbuhan, dan juga dihidu oleh haiwan. Curahan hujan amat berkesan dalam membersihkan unsur radioaktif daripada udara, tetapi impak dan mendap zarah aerosol turut menyumbang kepada pemendapannya.

Dalam iklim sederhana, kepekatan radon dalam bangunan secara purata kira-kira 5 hingga 10 kali lebih tinggi daripada di luar rumah.

Sejak beberapa dekad yang lalu, manusia telah "buatan" menghasilkan beberapa ratus radionuklid, sinar-X yang berkaitan, sumber, sifat yang mempunyai aplikasi dalam bidang perubatan, ketenteraan, penjanaan kuasa, instrumentasi dan penerokaan mineral.

Kesan individu sumber sinaran buatan manusia sangat berbeza. Kebanyakan orang menerima dos sinaran buatan yang agak kecil, tetapi ada yang menerima beribu-ribu kali ganda sinaran daripada sumber semula jadi. Sumber buatan manusia lebih baikdikawal daripada semula jadi.

Sumber sinar-X dalam perubatan

Dalam industri dan perubatan, sebagai peraturan, hanya radionuklid tulen digunakan, yang memudahkan pengenalpastian laluan kebocoran dari tapak penyimpanan dan proses pelupusan.

Penggunaan sinaran dalam perubatan adalah meluas dan berpotensi untuk memberi kesan yang ketara. Ia termasuk sumber sinar-X yang digunakan dalam perubatan untuk:

• diagnostik;
• terapi;
• prosedur analisis;
• pacing.

Untuk diagnostik, kedua-dua sumber tertutup dan pelbagai jenis pengesan radioaktif digunakan. Institusi perubatan secara amnya membezakan antara aplikasi ini sebagai radiologi dan perubatan nuklear.

Adakah tiub sinar-x merupakan sumber sinaran mengion? Tomografi berkomputer dan fluorografi adalah prosedur diagnostik yang terkenal yang dilakukan dengan bantuannya. Selain itu, terdapat banyak aplikasi sumber isotop dalam radiografi perubatan, termasuk sumber gamma dan beta, dan sumber neutron percubaan untuk kes di mana mesin x-ray menyusahkan, tidak sesuai atau mungkin berbahaya. Dari sudut persekitaran, sinaran radiografi tidak menimbulkan risiko selagi sumbernya kekal bertanggungjawab dan dilupuskan dengan betul. Dalam hal ini, sejarah unsur radium, jarum radon dan sebatian bercahaya yang mengandungi radium tidak menggalakkan.

Sumber sinar-X yang biasa digunakan berdasarkan ⁹⁰Sratau ¹⁴⁷ Pm. Kemunculan ^{252Cf sebagai penjana neutron mudah alih telah menjadikan radiografi neutron tersedia secara meluas, walaupun secara amnya teknik ini masih sangat bergantung pada ketersediaan reaktor nuklear.}

Perubatan Nuklear

Bahaya alam sekitar utama ialah label radioisotop dalam perubatan nuklear dan sumber sinar-X. Contoh pengaruh yang tidak diingini adalah seperti berikut:

• penyinaran pesakit;
• penyinaran kakitangan hospital;
• pendedahan semasa pengangkutan farmaseutikal radioaktif;
• kesan semasa pengeluaran;
• pendedahan kepada sisa radioaktif.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terdapat trend ke arah mengurangkan pendedahan pesakit melalui pengenalan isotop jangka hayat lebih pendek dengan kesan yang lebih sempit dan penggunaan ubat yang lebih setempat.

Separuh hayat yang lebih pendek mengurangkan kesan sisa radioaktif, kerana kebanyakan unsur tahan lama dikumuhkan melalui buah pinggang.

Kesan alam sekitar pembetung nampaknya tidak bergantung pada sama ada pesakit adalah pesakit dalam atau pesakit luar. Walaupun kebanyakan unsur radioaktif yang dikeluarkan berkemungkinan berumur pendek, kesan kumulatifnya jauh melebihi paras pencemaran semua loji tenaga nuklear digabungkan.

Radionuklid yang paling biasa digunakan dalam perubatan ialah sumber X-ray:

• 99mTc – imbasan tengkorak dan otak, imbasan darah serebrum, jantung, hati, paru-paru, imbasan tiroid, penyetempatan plasenta;
• 131I - darah, imbasan hati, penyetempatan plasenta, imbasan tiroid dan rawatan;
• 51Cr - penentuan tempoh kewujudan sel darah merah atau penyerapan, isipadu darah;
• 57Co - Ujian Schilling;
• 32P – metastasis tulang.

Penggunaan meluas prosedur radioimmunoassay, urinalisis dan kaedah penyelidikan lain menggunakan sebatian organik berlabel telah meningkatkan penggunaan sediaan kilauan cecair dengan ketara. Larutan fosforus organik, biasanya berasaskan toluena atau xilena, membentuk sejumlah besar sisa organik cecair yang mesti dilupuskan. Pemprosesan dalam bentuk cecair berpotensi berbahaya dan tidak boleh diterima oleh alam sekitar. Atas sebab ini, pembakaran sisa lebih diutamakan.

Memandangkan ³H atau ^{14C mudah larut dalam persekitaran, pendedahannya berada dalam julat normal. Tetapi kesan kumulatif boleh menjadi ketara.}

Satu lagi kegunaan perubatan radionuklid ialah penggunaan bateri plutonium untuk menggerakkan perentak jantung. Beribu-ribu orang masih hidup hari ini kerana peranti ini membantu jantung mereka berfungsi. Sumber tertutup 238Pu (150 GBq) ditanam melalui pembedahan pada pesakit.

X-ray industri: sumber, sifat, aplikasi

Perubatan bukanlah satu-satunya kawasan di mana bahagian spektrum elektromagnet ini telah digunakan. Radioisotop dan sumber sinar-X yang digunakan dalam industri merupakan bahagian penting dalam situasi sinaran teknogenik. Contoh aplikasi:

• radiografi industri;
• ukuran sinaran;
• pengesan asap;
• bahan bercahaya sendiri;
• Hablurografi sinar-X;
• pengimbas untuk menapis bagasi dan bagasi tangan;
• laser x-ray;
• syncrotrons;
• siklotron.

Oleh kerana kebanyakan aplikasi ini melibatkan penggunaan isotop terkapsul, pendedahan sinaran berlaku semasa pengangkutan, pemindahan, penyelenggaraan dan pelupusan.

Adakah tiub sinar-X merupakan sumber sinaran mengion dalam industri? Ya, ia digunakan dalam sistem ujian tidak merosakkan lapangan terbang, dalam kajian kristal, bahan dan struktur, dan dalam kawalan industri. Sepanjang dekad yang lalu, dos pendedahan sinaran dalam sains dan industri telah mencapai separuh nilai penunjuk ini dalam perubatan; maka sumbangannya adalah penting.

Sumber sinar-X terkapsul dengan sendirinya mempunyai sedikit kesan. Tetapi pengangkutan dan pelupusan mereka membimbangkan apabila ia hilang atau tersilap dibuang di tapak pelupusan. Sumber sedemikianX-ray biasanya dibekalkan dan dipasang sebagai cakera atau silinder yang dimeterai dua kali. Kapsul diperbuat daripada keluli tahan karat dan memerlukan pemeriksaan berkala untuk kebocoran. Pelupusan mereka boleh menjadi masalah. Sumber jangka pendek mungkin disimpan dan terdegradasi, tetapi walaupun begitu ia mesti diambil kira dengan betul dan sisa bahan aktif mesti dilupuskan di kemudahan berlesen. Jika tidak, kapsul harus dihantar ke institusi khusus. Kuasanya menentukan bahan dan saiz bahagian aktif sumber sinar-X.

lokasi storan sumber sinar-X

Masalah yang semakin meningkat ialah penyahtauliahan yang selamat dan penyahcemaran tapak industri di mana bahan radioaktif telah disimpan pada masa lalu. Ini kebanyakannya adalah kemudahan pemprosesan semula nuklear yang lebih lama, tetapi industri lain perlu terlibat, seperti loji untuk pengeluaran tanda tritium bercahaya sendiri.

Sumber peringkat rendah yang berpanjangan, yang meluas, adalah masalah tertentu. Contohnya, 241Am digunakan dalam pengesan asap. Selain radon, ini adalah sumber utama sinaran X-ray dalam kehidupan seharian. Secara individu, mereka tidak menimbulkan sebarang bahaya, tetapi sebilangan besar daripadanya mungkin menimbulkan masalah pada masa hadapan.

Letupan nuklear

Selama 50 tahun yang lalu, semua orang telah terdedah kepada radiasi daripada kejatuhan yang disebabkan oleh ujian senjata nuklear. Kemuncak mereka adalah pada1954-1958 dan 1961-1962.

Pada tahun 1963, tiga negara (USSR, Amerika Syarikat dan Great Britain) menandatangani perjanjian mengenai larangan separa ujian nuklear di atmosfera, lautan dan angkasa lepas. Dalam tempoh dua dekad seterusnya, Perancis dan China menjalankan satu siri ujian yang lebih kecil, yang ditamatkan pada tahun 1980. Ujian bawah tanah masih dijalankan, tetapi ia biasanya tidak menghasilkan kerpasan.

Pencemaran radioaktif daripada ujian atmosfera jatuh berhampiran tapak letupan. Sebahagian daripada mereka kekal di troposfera dan dibawa oleh angin ke seluruh dunia pada latitud yang sama. Semasa mereka bergerak, mereka jatuh ke tanah, tinggal kira-kira sebulan di udara. Tetapi kebanyakannya ditolak ke stratosfera, di mana pencemaran kekal selama beberapa bulan, dan perlahan-lahan tenggelam di seluruh planet.

Kejatuhan radioaktif termasuk beberapa ratus radionuklid yang berbeza, tetapi hanya sebilangan kecil daripadanya boleh menjejaskan tubuh manusia, jadi saiznya sangat kecil, dan pereputan cepat. Yang paling ketara ialah C-14, Cs-137, Zr-95 dan Sr-90.

Zr-95 mempunyai separuh hayat 64 hari, manakala Cs-137 dan Sr-90 mempunyai kira-kira 30 tahun. Hanya karbon-14, dengan separuh hayat 5730, akan kekal aktif pada masa hadapan.

Tenaga Nuklear

Kuasa nuklear ialah sumber sinaran antropogenik yang paling kontroversi, tetapi ia menyumbang sangat sedikit kepada kesan kesihatan manusia. Semasa operasi biasa, kemudahan nuklear melepaskan jumlah radiasi yang boleh diabaikan ke alam sekitar. Februari 2016Terdapat 442 reaktor nuklear operasi awam di 31 negara dan 66 lagi sedang dalam pembinaan. Ini hanyalah sebahagian daripada kitaran pengeluaran bahan api nuklear. Ia bermula dengan perlombongan dan pengisaran bijih uranium dan diteruskan dengan pembuatan bahan api nuklear. Selepas digunakan dalam loji kuasa, sel bahan api kadangkala diproses semula untuk mendapatkan semula uranium dan plutonium. Pada akhirnya, kitaran berakhir dengan pelupusan sisa nuklear. Pada setiap peringkat kitaran ini, bahan radioaktif boleh dibebaskan.

Kira-kira separuh daripada pengeluaran bijih uranium dunia berasal dari lubang terbuka, separuh lagi daripada lombong. Ia kemudian dihancurkan pada penghancur berdekatan, yang menghasilkan sejumlah besar sisa - ratusan juta tan. Sisa ini kekal radioaktif selama berjuta-juta tahun selepas loji berhenti beroperasi, walaupun sinaran adalah sebahagian kecil daripada latar belakang semula jadi.

Selepas itu, uranium ditukar kepada bahan api melalui pemprosesan dan penulenan selanjutnya di loji pengayaan. Proses-proses ini membawa kepada pencemaran udara dan air, tetapi ia jauh lebih sedikit berbanding peringkat lain dalam kitaran bahan api.