Radioaktiivinen lähde on tietty määrä radionuklidia, joka lähettää ionisoivaa säteilyä. Jälkimmäinen sisältää yleensä gammasäteet, alfa- ja beetahiukkaset sekä neutronisäteilyn.
Lähteiden rooli
Niitä voidaan käyttää säteilytykseen, kun säteily suorittaa ionisoivaa toimintaa, tai metrologisen säteilyn lähteenä radiometrisen prosessin ja instrumenttien kalibroinnissa. Niitä käytetään myös teollisuuden prosessien, kuten paperi- ja terästeollisuuden paksuuden mittauksen, seurantaan. Lähteet voidaan sulkea astiaan (suuri tunkeutuva säteily) tai levittää pinnalle (vähän tunkeutuva säteily) tai nesteeseen.
Merkitys ja sovellus
Säteilylähteenä niitä käytetään lääketieteessä sädehoidossa ja teollisuudessa radiografiaan, säteilytykseenruoka, sterilointi, tuholaistorjunta ja PVC:n säteilytyksen ristisilloitus.
Radionuklidit
Radionuklidit valitaan säteilyn tyypin ja luonteen, intensiteetin ja puoliintumisajan mukaan. Yleisiä radionuklidien lähteitä ovat koboltti-60, iridium-192 ja strontium-90. SI-lähteen aktiivisuuden mittana on Becquerel, vaikka historiallinen Curie-yksikkö on edelleen osittain käytössä esimerkiksi USA:ssa, vaikka US NIST suosittelee vahvasti SI-yksikön käyttöä. Terveyssyistä se on pakollinen EU:ssa.
Elinikäinen
Säteilylähde elää tyypillisesti 5–15 vuotta ennen kuin sen aktiivisuus laskee turvalliselle tasolle. Kuitenkin, kun saatavilla on pitkän puoliintumisajan omaavia radionuklideja, niitä voidaan käyttää kalibrointityökaluina paljon pidempään.
Suljettu ja piilotettu
Monet radioaktiiviset lähteet on suljettu. Tämä tarkoittaa, että ne ovat pysyvästi joko kokonaan kapselin sisällä tai kiinteästi sidottu pintaan. Kapselit on yleensä valmistettu ruostumattomasta teräksestä, titaanista, platinasta tai muusta inertistä metallista. Umpilähteiden käyttö eliminoi käytännössä kaiken riskin radioaktiivisen materiaalin leviämisestä ympäristöön virheellisen käsittelyn vuoksi, mutta säiliötä ei ole suunniteltu vaimentamaan säteilyä, joten säteilysuojaukseen tarvitaan lisäsuojaus. Suljettuja käytetään myös lähes kaikissa tapauksissa, joissa eikemiallinen tai fyysinen lisääminen nesteeseen tai kaasuun vaaditaan.
IAEA luokittelee umpilähteet sen mukaan, miten ne toimivat minimaalisen vaarallisen radioaktiivisen esineen suhteen (joka voi aiheuttaa merkittävää haittaa ihmisille). Käytetty suhde on A/D, jossa A on lähdeaktiivisuus ja D on pienin vaarallinen aktiivisuus.
Huomaa, että lähteitä, joiden radioaktiivisuus on riittävän alhainen (kuten ne, joita käytetään savunilmaisimissa), jotta ne eivät vahingoita ihmisiä, ei ole luokiteltu.
kapselit
Kapselilähteitä, joissa säteily tulee tehokkaasti pisteestä, käytetään beeta-, gamma- ja röntgeninstrumenttien kalibrointiin. Viime aikoina ne ovat olleet epäsuosittuja sekä teollisuus- että opiskeluesineinä.
Lattajouset
Niitä käytetään laajasti radioaktiivisten saasteiden kalibrointiin. Eli itse asiassa he näyttelevät eräänlaisen ihmeellisen laskurin roolia.
Toisin kuin kapselilähteen, levylähteen lähettämän taustan on oltava pinnalla, jotta estetään säiliön haalistumista tai itsesuojausta materiaalin luonteen vuoksi. Tämä on erityisen tärkeää alfahiukkasille, joita pieni massa pysäyttää helposti. Bragg-käyrä näyttää vaimennuksen vaikutuksen ilmakehän ilmassa.
Avaamaton
Avaamattomat lähteet ovat sellaisia, jotka eivät ole pysyvästi suljetussa astiassa ja joita käytetään laaj alti lääketieteellisiin tarkoituksiin. Niitä sovelletaan tapauksiinkun lähde on liuotettava nesteeseen potilaaseen injektiota tai nieltämistä varten. Niitä käytetään myös teollisuudessa samalla tavalla vuotojen havaitsemiseen radioaktiivisena merkkiaineena.
Kierrätys ja ympäristönäkökohdat
Vanhentuneiden radioaktiivisten lähteiden loppusijoitus aiheuttaa samanlaisia ongelmia kuin muun ydinjätteen loppusijoitus, joskin vähäisemmässä määrin. Käytetyt matala-aktiiviset lähteet ovat joskus tarpeeksi passiivisia, jotta ne voidaan hävittää tavanomaisin jätteenkäsittelymenetelmin, yleensä kaatopaikoille. Muut loppusijoitusmenetelmät ovat samanlaisia kuin korkea-aktiivisten radioaktiivisten jätteiden käsittelymenetelmät, joissa käytetään eri syvyyksiä jätteen aktiivisuudesta riippuen.
Tunnettu tapaus tällaisen esineen huolimattomasta käsittelystä oli Goianiassa sattunut onnettomuus, joka johti useiden ihmisten kuolemaan.
Taustasäteily
Taustasäteilyä on aina maapallolla. Suurin osa taustasäteilystä tulee luonnostaan mineraaleista, kun taas pieni osa tulee ihmisen aiheuttamista alkuaineista. Luonnolliset radioaktiiviset mineraalit maassa, maaperässä ja vedessä tuottavat taustasäteilyä. Ihmiskeho sisältää jopa joitain näistä luonnollisista radioaktiivisista mineraaleista. Kosminen säteily vaikuttaa myös ympärillämme olevaan säteilytaustaan. Luonnollisissa taustasäteilytasoissa voi olla suuria vaihteluita paikasta toiseen, samoin kuin muutoksia samassa paikassa ajan myötä. Luonnolliset radioisotoopit ovat erittäin vahva taustasäteilijät.
Kosminen säteily
Kosminen säteily tulee äärimmäisen energisistä hiukkasista Auringosta ja tähdistä, jotka tulevat maan ilmakehään. Eli näitä taivaankappaleita voidaan kutsua radioaktiivisen säteilyn lähteiksi. Jotkut hiukkaset osuvat maahan, kun taas toiset ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa luoden erityyppistä säteilyä. Tasot nousevat, kun lähestyt radioaktiivista kohdetta, joten kosmisen säteilyn määrä yleensä kasvaa suhteessa nousuun. Mitä korkeampi korkeus, sitä suurempi annos. Tästä syystä Denverissä, Coloradossa (5 280 jalkaa) asuvat saavat suuremman vuotuisen kosmisen säteilyn annoksen kuin kukaan merenpinnan tasolla (0 jalkaa).
Uraanin louhinta Venäjällä on edelleen kiistanalainen ja "kuuma" aihe, koska tämä työ on erittäin vaarallista. Luonnollisesti maapallon uraania ja toriumia kutsutaan primäärisiksi radionuklideiksi, ja ne ovat maasäteilyn lähteitä. Uraania, toriumia ja niiden hajoamistuotteita löytyy pieniä määriä kaikkialla. Lue lisää radioaktiivisesta hajoamisesta. Maan säteilytasot vaihtelevat sijainnin mukaan, mutta alueilla, joilla on korkeammat uraanin ja toriumin pitoisuudet pintamaaperässä, on tyypillisesti suurempia annostasoja. Siksi Venäjällä uraanin louhintaan osallistuvat ihmiset ovat suuressa vaarassa.
Säteily ja ihmiset
Ihmiskehossa on jäämiä radioaktiivisista aineista (pääasiassa luonnollinen kalium-40). Alkuaine löytyy ruoasta, maaperästä ja vedestä, jota mehyväksyä. Kehomme sisältää pieniä määriä säteilyä, koska elimistö metaboloi ei-radioaktiivisia ja radioaktiivisia kaliumin muotoja ja muita alkuaineita samalla tavalla.
Pieni osa taustasäteilystä tulee ihmisen toiminnasta. Radioaktiivisia aineita on levinnyt ympäristöön ydinasekokeiden ja Ukrainan Tšernobylin ydinvoimalassa sattuneen k altaisten onnettomuuksien seurauksena. Ydinreaktoreista vapautuu pieniä määriä radioaktiivisia aineita. Teollisuudessa ja jopa joissakin kulutustuotteissa käytetyt radioaktiiviset materiaalit päästävät myös pieniä määriä taustasäteilyä.
Olemme kaikki alttiina säteilylle joka päivä luonnollisista lähteistä, kuten maan mineraaleista, ja ihmisen aiheuttamista lähteistä, kuten lääketieteellisistä röntgensäteistä. National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP) mukaan ihmisten keskimääräinen vuotuinen säteily altistus Yhdysvalloissa on 620 milliremia (6,2 millisievertiä).
Luonnossa
Radioaktiivisia aineita löytyy usein luonnosta. Jotkut niistä löytyvät maaperästä, kivistä, vedestä, ilmasta ja kasvillisuudesta, josta ne hengitetään ja nautitaan. Tämän sisäisen altistuksen lisäksi ihmiset saavat myös ulkoista säteilyä kehon ulkopuolelle jäävistä radioaktiivisista materiaaleista ja avaruudesta tulevasta kosmisesta säteilystä. Ihmisen keskimääräinen päivittäinen luonnollinen annos on noin 2,4 mSv (240 mrem) vuodessa.
Tämä on neljä kertaa suurempimaailman keskimääräinen altistuminen keinotekoiselle säteilylle maailmassa, joka vuonna 2008 oli noin 0,6 mrem (60 Rem) vuodessa. Joissakin vauraissa maissa, kuten Yhdysvalloissa ja Japanissa, keinotekoinen altistuminen ylittää keskimäärin luonnollisen altistuksen, koska erityisiä lääketieteellisiä instrumentteja on helpompi käyttää. Euroopassa keskimääräinen luonnollinen tausta altistus eri maiden välillä vaihtelee Iso-Britannian 2 mSv:stä (200 mrem) vuodessa yli 7 mSv:iin (700 mrem) joissakin ihmisryhmissä Suomessa.
Päivittäinen näkyvyys
Altistuminen luonnollisista lähteistä on olennainen osa jokapäiväistä elämää niin työssä kuin julkisilla paikoilla. Tällainen altistuminen on useimmissa tapauksissa vähäistä tai ei ollenkaan yleistä huolta, mutta tietyissä tilanteissa terveydensuojelutoimenpiteet on otettava huomioon, esimerkiksi työskenneltäessä uraani- ja toriummalmien ja muiden luonnossa esiintyvien radioaktiivisten materiaalien (NORM) kanssa. Nämä tilanteet ovat olleet viraston huomion kohteena viime vuosina. Ja tämä mainitsematta esimerkkejä radioaktiivisten aineiden päästöistä aiheutuneista onnettomuuksista, kuten Tšernobylin ydinvoimalaitoksen ja Fukushiman katastrofista, joka pakotti tutkijat ja poliitikot ympäri maailmaa harkitsemaan uudelleen suhtautumistaan "rauhanomaiseen atomiin".
Maan säteily
Maan säteily sisältää vain lähteet, jotka jäävät kehon ulkopuolelle. Mutta samalla ne ovat edelleen vaarallisia radioaktiivisia säteilylähteitä. Tärkeimmät huolta aiheuttavat radionuklidit ovat kalium, uraani ja torium, niiden hajoamistuotteet. JaJotkut, kuten radium ja radon, ovat erittäin radioaktiivisia, mutta niitä esiintyy pieninä pitoisuuksina. Näiden esineiden määrä on väistämättä vähentynyt Maan muodostumisen jälkeen. Nykyinen uraani-238:n läsnäoloon liittyvä säteilyaktiivisuus on puolet niin paljon kuin planeettamme olemassaolon alussa. Tämä johtuu sen puoliintumisajasta, joka on 4,5 miljardia vuotta, ja kalium-40:n (puoliintumisaika 1,25 miljardia vuotta) on vain noin 8 % alkuperäisestä. Mutta ihmiskunnan olemassaolon aikana säteilyn määrä on vähentynyt hyvin vähän.
Monet isotoopit, joilla on lyhyempi puoliintumisaika (ja siksi korkea radioaktiivisuus), eivät ole hajonneet jatkuvan luonnollisen tuotantonsa vuoksi. Esimerkkejä tästä ovat radium-226 (torium-230:n hajoamistuote uraani-238:n hajoamisketjussa) ja radon-222 (radium-226:n hajoamistuote kyseisessä ketjussa).
Torium ja uraani
Radioaktiiviset kemialliset alkuaineet torium ja uraani joutuvat enimmäkseen alfa- ja beetahajoamiseen, eikä niitä ole helppo havaita. Tämä tekee niistä erittäin vaarallisia. Samaa voidaan kuitenkin sanoa protonisäteilystä. Kuitenkin monet niiden sivujohdannaiset näistä alkuaineista ovat myös vahvoja gammasäteilijöitä. Torium-232 havaitaan 239 keV:n huipulla lyijy-212:sta, 511, 583 ja 2614 keV tallium-208:sta ja 911 ja 969 keV aktinium-228:sta. Radioaktiivinen kemiallinen alkuaine uraani-238 esiintyy vismutti-214:n huippuina 609, 1120 ja 1764 keV:lla (katso sama huippu ilmakehän radonille). Kalium-40 havaitaan suoraan 1461 gammahuipun kauttakeV.
Taso meren ja muiden suurten vesistöjen yläpuolella on yleensä noin kymmenesosa maapallon taustasta. Sitä vastoin rannikkoalueilla (ja makean veden lähellä sijaitsevilla alueilla) voi olla lisäosuutta hajallaan olevasta sedimentistä.
Radon
Suurin radioaktiivisen säteilyn lähde luonnossa on ilmassa oleva radon, maasta vapautuva radioaktiivinen kaasu. Radon ja sen isotoopit, lähtöradionuklidit ja hajoamistuotteet muodostavat keskimääräisen hengitettävän annoksen 1,26 mSv/vuosi (millisievertiä vuodessa). Radon jakautuu epätasaisesti ja vaihtelee sään mukaan, joten paljon suurempia annoksia käytetään monissa osissa maailmaa, joissa se on merkittävä terveysriski. Skandinaviassa, Yhdysvalloissa, Iranissa ja Tšekin tasavallassa rakennuksista on löydetty 500 kertaa maailman keskiarvoa korkeampia pitoisuuksia. Radon on uraanin hajoamistuote, joka on suhteellisen yleinen maankuoressa, mutta keskittyy enemmän malmipitoisiin kiviin, joita on hajallaan ympäri maailmaa. Radonia vuotaa näistä malmeista ilmakehään tai pohjaveteen ja myös rakennuksiin. Se voidaan hengittää keuhkoihin hajoamistuotteiden mukana, missä ne pysyvät jonkin aikaa altistuksen jälkeen. Tästä syystä radon on luokiteltu luonnolliseksi säteilylähteeksi.
Radon altistus
Vaikka radonia esiintyy luonnossa, sen vaikutuksia voi lisätä tai vähentää ihmisen toiminta, kuten talon rakentaminen. Huonosti suljettu kellariHyvin eristetty koti voi johtaa radonin kertymiseen kotiin ja vaarantaa sen asukkaat. Hyvin eristettyjen ja tiiviiden asuntojen laajalle levinnyt rakentaminen pohjoisen teollisuusmaissa on johtanut radonista muodostumiseen merkittäväksi taustasäteilyn lähteeksi joissakin Pohjois-Amerikan ja Euroopan yhteisöissä. Jotkut rakennusmateriaalit, kuten kevytbetoni, jossa on liuskealunaa, fosfokipsiä ja italialaista tuffia, voivat vapauttaa radonia, jos ne sisältävät radiumia ja ovat huokoisia kaasulle.
Radonin aiheuttama säteily altistus on epäsuoraa. Radonilla on lyhyt puoliintumisaika (4 päivää) ja se hajoaa radiumsarjan radioaktiivisten nuklidien muiksi kiinteiksi hiukkasiksi. Nämä radioaktiiviset elementit hengitetään ja jäävät keuhkoihin aiheuttaen pitkäaikaista altistumista. Näin ollen radonin uskotaan olevan toiseksi yleisin keuhkosyövän aiheuttaja tupakoinnin jälkeen, ja se aiheuttaa 15 000–22 000 syöpäkuolemaa vuodessa pelkästään Yhdysvalloissa. Keskustelu päinvastaisista koetuloksista jatkuu kuitenkin edelleen.
Suurin osa ilmakehän taustasta aiheutuu radonista ja sen hajoamistuotteista. Gammaspektrissä näkyy havaittavia huippuja 609, 1120 ja 1764 keV:lla, jotka kuuluvat radonin hajoamistuotteeseen vismutti-214:ään. Ilmakehän tausta riippuu voimakkaasti tuulen suunnasta ja sääolosuhteista. Radonia voi myös vapautua maasta purkauksin ja muodostaa sitten "radonpilviä", jotka voivat kulkea kymmeniä kilometrejä.
Avaruus tausta
Maa ja kaikki sen päällä olevat elävät olennot ovat jatkuvastiavaruudesta tuleva säteily pommittaa. Tämä säteily koostuu pääasiassa positiivisesti varautuneista ioneista protoneista rautaan ja suuremmista ytimistä, joita syntyy aurinkokuntamme ulkopuolella. Tämä säteily on vuorovaikutuksessa ilmakehän atomien kanssa luoden toissijaista ilmavirtaa, mukaan lukien röntgensäteilyä, myoneja, protoneja, alfahiukkasia, pioneja, elektroneja ja neutroneja.
Kosmisen säteilyn suora annos tulee pääasiassa myoneista, neutroneista ja elektroneista, ja se vaihtelee eri puolilla maailmaa riippuen geomagneettisesta kentästä ja korkeudesta. Esimerkiksi Denverin kaupunki Yhdysvalloissa (1 650 metrin korkeudessa) saa noin kaksi kertaa enemmän kosmisia säteitä kuin merenpinnan tasolla.
Tämä säteily on paljon voimakkaampaa troposfäärin yläosassa noin 10 kilometrin etäisyydellä ja on siten erityisen huolestuttava miehistön jäsenille ja tavallisille matkustajille, jotka viettävät useita tunteja vuodessa tässä ympäristössä. Lentojensa miehistöt saavat tyypillisesti työperäisen lisäannoksen, joka vaihtelee eri tutkimusten mukaan 2,2 mSv:stä (220 mrem) vuodessa 2,19 mSv:ään vuodessa.
Säteily kiertoradalla
Samaan tapaan kosmiset säteet aiheuttavat korkeamman tausta altistuksen astronauteille kuin ihmisille maan pinnalla. Matalilla kiertoradoilla työskentelevät astronautit, kuten kansainvälisten avaruusasemien työntekijät tai sukkulat, ovat osittain suojattuja Maan magneettikentällä, mutta kärsivät myös ns. Van Allen -vyöstä, joka on seurausta Maan magneettikentästä. Matalan Maan kiertoradan ulkopuolella, esimKuuhun matkustavien Apollo-astronautien kokema taustasäteily on paljon voimakkaampaa ja muodostaa merkittävän esteen mahdolliselle tulevalle pitkän aikavälin ihmistutkimukselle Kuuhun tai Marsiin.
Kosmiset vaikutteet aiheuttavat myös alkuainetransmutaatiota ilmakehässä, jossa niiden tuottama sekundäärinen säteily yhdistyy ilmakehän atomiytimiin muodostaen erilaisia nuklideja. Monia niin sanottuja kosmogeenisiä nuklideja voidaan tuottaa, mutta luultavasti merkittävin on hiili-14, joka muodostuu vuorovaikutuksessa typpiatomien kanssa. Nämä kosmogeeniset nuklidit saavuttavat lopulta Maan pinnan ja voivat liittyä eläviin organismeihin. Näiden nuklidien tuotanto vaihtelee hieman lyhytaikaisten aurinkovirran metamorfoosien aikana, mutta sen katsotaan olevan käytännössä vakiona suurissa mittakaavassa - tuhansista miljooniin vuosiin. Hiili-14:n jatkuva tuotanto, sisällyttäminen ja suhteellisen lyhyt puoliintumisaika ovat periaatteita, joita käytetään muinaisten biologisten materiaalien, kuten puisten esineiden tai ihmisjäänteiden, radiohiilidatauksessa.
Gammasäteet
Kosminen säteily merenpinnan tasolla esiintyy tyypillisesti 511 keV:n gammasäteilynä korkeaenergisten hiukkasten ja gammasäteiden ydinreaktioista syntyneen positronihäviön seurauksena. Suurissa korkeuksissa mukana on myös jatkuva bremsstrahlung-spektri. Siksi tiedemiesten keskuudessa kysymystä auringon säteilystä ja säteilytasapainosta pidetään erittäin tärkeänä.
Säteily kehon sisällä
Kaksi tärkeintä ihmiskehon muodostavaa alkuainetta, nimittäin kalium ja hiili, sisältävät isotooppeja, jotka lisäävät suuresti taustasäteilyannostamme. Tämä tarkoittaa, että ne voivat olla myös radioaktiivisen säteilyn lähteitä.
Vaaralliset kemialliset alkuaineet ja yhdisteet pyrkivät kerääntymään. Keskimääräinen ihmiskeho sisältää noin 17 milligrammaa kalium-40 (40K) ja noin 24 nanogrammaa (10-8 g) hiili-14 (14C) (puoliintumisaika - 5730 vuotta). Ulkoisten radioaktiivisten materiaalien aiheuttamaa sisäistä kontaminaatiota lukuun ottamatta nämä kaksi elementtiä ovat suurimmat osatekijät sisäisessä altistumisessa ihmiskehon biologisesti toiminnallisille komponenteille. Noin 4000 ydintä hajoaa nopeudella 40K sekunnissa ja sama määrä 14C:ssa. 40K:ssa muodostuneiden beetahiukkasten energia on noin 10 kertaa suurempi kuin 14C:ssa muodostuneiden beetahiukkasten energia.
14C:tä on ihmiskehossa noin 3 700 Bq (0,1 µCi), ja sen biologinen puoliintumisaika on 40 päivää. Tämä tarkoittaa, että 14C:n hajoaminen tuottaa noin 3700 beetahiukkasta sekunnissa. Noin puolet ihmisen soluista sisältää 14C-atomin.
Muiden radionuklidien kuin radonin ja sen hajoamistuotteiden maailmanlaajuinen keskimääräinen sisäinen annos on 0,29 mSv/v, josta 0,17 mSv/v on 40K:ssa, 0,12 mSv/v tulee uraanisarjasta ja toriumista ja 12 μSv / vuosi - 14C alkaen. On myös syytä huomata, että lääketieteelliset röntgenlaitteet ovat myös useinradioaktiivisia, mutta niiden säteily ei ole vaarallista ihmisille.
