Nguồn phóng xạ là một lượng hạt nhân phóng xạ phát ra bức xạ ion hóa. Loại thứ hai thường bao gồm các tia gamma, các hạt alpha và beta, và bức xạ neutron.
Vai trò của các nguồn
Chúng có thể được sử dụng để chiếu xạ, khi bức xạ thực hiện chức năng ion hóa, hoặc như một nguồn bức xạ đo lường để hiệu chuẩn quá trình đo bức xạ và thiết bị đo đạc. Chúng cũng được sử dụng để giám sát các quy trình công nghiệp như đo độ dày trong ngành công nghiệp giấy và thép. Các nguồn có thể được niêm phong trong vật chứa (bức xạ có độ xuyên thấu cao) hoặc lắng đọng trên bề mặt (bức xạ có độ xuyên thấu thấp), hoặc trong chất lỏng.
Ý nghĩa và ứng dụng
Là một nguồn bức xạ, chúng được sử dụng trong y học để xạ trị và trong công nghiệp để chụp X quang, chiếu xạthực phẩm, khử trùng, kiểm soát dịch hại và chiếu xạ PVC liên kết chéo.
Hạt nhân phóng xạ
Hạt nhân phóng xạ được chọn theo loại và bản chất của bức xạ, cường độ và chu kỳ bán rã của nó. Các nguồn hạt nhân phóng xạ phổ biến bao gồm coban-60, iridium-192 và strontium-90. Phép đo lượng hoạt động của nguồn SI là Becquerel, mặc dù đơn vị Curie lịch sử vẫn được sử dụng một phần, ví dụ như ở Hoa Kỳ, mặc dù NIST Hoa Kỳ khuyến nghị mạnh mẽ việc sử dụng đơn vị SI. Vì mục đích sức khỏe, nó là bắt buộc ở EU.
Trọn đời
Một nguồn bức xạ thường sống từ 5 đến 15 năm trước khi hoạt động của nó giảm xuống mức an toàn. Tuy nhiên, khi có sẵn các hạt nhân phóng xạ với chu kỳ bán rã dài, chúng có thể được sử dụng làm công cụ hiệu chuẩn lâu hơn nữa.
Đóng và ẩn
Nhiều nguồn phóng xạ bị đóng cửa. Điều này có nghĩa là chúng được chứa vĩnh viễn hoặc hoàn toàn trong viên nang hoặc được liên kết chắc chắn bởi chất rắn trên bề mặt. Viên nang thường được làm bằng thép không gỉ, titan, bạch kim hoặc kim loại trơ khác. Việc sử dụng các nguồn kín giúp loại bỏ hầu như tất cả các nguy cơ phát tán chất phóng xạ ra môi trường do xử lý không đúng cách, tuy nhiên thùng chứa không được thiết kế để làm suy giảm bức xạ, do đó cần phải có thêm các biện pháp che chắn để bảo vệ bức xạ. Những cái đã đóng cũng được sử dụng trong hầu hết các trường hợp khôngCần có sự kết hợp hóa học hoặc vật lý vào chất lỏng hoặc khí.
Các nguồn kín được IAEA phân loại theo hoạt động của chúng liên quan đến vật thể phóng xạ nguy hiểm tối thiểu (có thể gây hại đáng kể cho con người). Tỷ lệ được sử dụng là A / D, trong đó A là hoạt động nguồn và D là hoạt động nguy hiểm tối thiểu.
Xin lưu ý rằng các nguồn có năng suất phóng xạ đủ thấp (chẳng hạn như nguồn được sử dụng trong máy dò khói) không gây hại cho con người không được phân loại.
Viên
Nguồn dạng viên nang, nơi bức xạ phát ra từ một điểm một cách hiệu quả, được sử dụng để hiệu chỉnh các thiết bị beta, gamma và tia X. Gần đây, chúng không được ưa chuộng cả với tư cách là vật thể công nghiệp và vật thể nghiên cứu.
Lò xo tấm
Chúng được sử dụng rộng rãi để hiệu chuẩn các dụng cụ nhiễm phóng xạ. Đó là, trên thực tế, chúng đóng vai trò của một loại máy đếm thần kỳ.
Không giống như nguồn viên nang, nền phát ra từ nguồn tấm phải nằm trên bề mặt để ngăn chặn sự phai màu của vật chứa hoặc tự che chắn do bản chất của vật liệu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các hạt alpha, chúng dễ dàng bị dừng lại bởi một khối lượng nhỏ. Đường cong Bragg cho thấy tác dụng của sự giảm chấn trong không khí.
Chưa mở
Nguồn chưa mở là những nguồn không được đựng trong bao bì kín vĩnh viễn và được sử dụng rộng rãi cho các mục đích y tế. Chúng áp dụng trong các trường hợpkhi nguồn cần được hòa tan trong chất lỏng để tiêm vào bệnh nhân hoặc uống. Chúng cũng được sử dụng trong công nghiệp theo cách tương tự để phát hiện rò rỉ như một chất đánh dấu phóng xạ.
Tái chế và các khía cạnh môi trường
Việc xử lý các nguồn phóng xạ đã hết hạn sử dụng gây ra các vấn đề tương tự như việc xử lý các chất thải hạt nhân khác, mặc dù ở mức độ thấp hơn. Các nguồn cấp thấp đã sử dụng đôi khi không đủ hoạt động để xử lý bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý chất thải thông thường, thường là tại các bãi chôn lấp. Các phương pháp xử lý khác tương tự như các phương pháp sử dụng cho chất thải phóng xạ mức cao hơn, sử dụng các độ sâu lỗ khoan khác nhau tùy thuộc vào hoạt động của chất thải.
Một trường hợp nổi tiếng vì bất cẩn với một vật thể như vậy là một vụ tai nạn ở Goiania, dẫn đến cái chết của một số người.
Bức xạ nền
Bức xạ nền luôn tồn tại trên Trái đất. Hầu hết các bức xạ nền đến từ khoáng chất một cách tự nhiên, trong khi một phần nhỏ đến từ các yếu tố nhân tạo. Các khoáng chất phóng xạ tự nhiên trong đất, đất và nước tạo ra bức xạ nền. Cơ thể con người thậm chí còn chứa một số khoáng chất phóng xạ tự nhiên này. Bức xạ vũ trụ cũng góp phần tạo ra phông bức xạ xung quanh chúng ta. Có thể có sự thay đổi lớn về mức bức xạ phông nền tự nhiên từ nơi này sang nơi khác, cũng như những thay đổi ở cùng một vị trí theo thời gian. Đồng vị phóng xạ tự nhiên là nền rất mạnhbộ phát.
Bức xạ vũ trụ
Bức xạ vũ trụ đến từ các hạt có năng lượng cực lớn từ Mặt trời và các ngôi sao đi vào bầu khí quyển của Trái đất. Có nghĩa là, những thiên thể này có thể được gọi là nguồn bức xạ phóng xạ. Một số hạt va vào mặt đất, trong khi những hạt khác tương tác với khí quyển, tạo ra nhiều loại bức xạ khác nhau. Mức độ tăng lên khi bạn đến gần một vật thể phóng xạ, vì vậy lượng bức xạ vũ trụ thường tăng tương ứng với việc leo lên. Độ cao càng cao thì liều lượng càng cao. Đây là lý do tại sao những người sống ở Denver, Colorado (5.280 feet) nhận được liều bức xạ hàng năm từ bức xạ vũ trụ cao hơn bất kỳ ai sống ở mực nước biển (0 feet).
Khai thác uranium ở Nga vẫn là một chủ đề gây tranh cãi và "nóng", bởi công việc này cực kỳ nguy hiểm. Đương nhiên, uranium và thorium được tìm thấy trong trái đất được gọi là hạt nhân phóng xạ sơ cấp và là nguồn bức xạ trên mặt đất. Dấu vết của uranium, thorium và các sản phẩm phân rã của chúng có thể được tìm thấy ở khắp mọi nơi. Tìm hiểu thêm về phân rã phóng xạ. Mức độ bức xạ trên mặt đất khác nhau tùy theo vị trí, nhưng các khu vực có nồng độ uranium và thorium cao hơn trong đất bề mặt thường có mức liều cao hơn. Do đó, những người tham gia khai thác uranium ở Nga có nguy cơ rất lớn.
Bức xạ và con người
Dấu vết của các chất phóng xạ có thể được tìm thấy trong cơ thể con người (chủ yếu là kali-40 tự nhiên). Nguyên tố này được tìm thấy trong thực phẩm, đất và nước, mà chúng taChấp nhận. Cơ thể chúng ta chứa một lượng nhỏ bức xạ vì cơ thể chuyển hóa các dạng không phóng xạ và phóng xạ của kali và các nguyên tố khác theo cách tương tự.
Một phần nhỏ bức xạ nền đến từ các hoạt động của con người. Một lượng dấu vết của các nguyên tố phóng xạ đã bị phát tán ra môi trường do hậu quả của vụ thử vũ khí hạt nhân và các vụ tai nạn như vụ xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl ở Ukraine. Lò phản ứng hạt nhân giải phóng một lượng nhỏ các nguyên tố phóng xạ. Các vật liệu phóng xạ được sử dụng trong công nghiệp và thậm chí trong một số sản phẩm tiêu dùng cũng phát ra một lượng nhỏ bức xạ nền.
Tất cả chúng ta đều tiếp xúc với bức xạ hàng ngày từ các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như khoáng chất trong trái đất, và các nguồn nhân tạo, chẳng hạn như tia X y tế. Theo Hội đồng Quốc gia về Đo lường và Bảo vệ Bức xạ (NCRP), mức phơi nhiễm bức xạ trung bình hàng năm của con người ở Hoa Kỳ là 620 mili giây (6,2 milisieverts).
Trong tự nhiên
Các chất phóng xạ thường có trong tự nhiên. Một số chúng được tìm thấy trong đất, đá, nước, không khí và thảm thực vật, từ đó chúng được hít vào và ăn vào. Ngoài sự tiếp xúc bên trong này, con người còn nhận được sự tiếp xúc bên ngoài từ các chất phóng xạ còn lại bên ngoài cơ thể và từ các bức xạ vũ trụ từ bên ngoài không gian. Liều lượng tự nhiên trung bình hàng ngày cho con người là khoảng 2,4 mSv (240 mrem) mỗi năm.
Đây là bốn lầnMức độ phơi nhiễm bức xạ nhân tạo trung bình toàn cầu trên thế giới, vào năm 2008 là khoảng 0,6 mrem (60 Rem) mỗi năm. Ở một số quốc gia giàu có, chẳng hạn như Hoa Kỳ và Nhật Bản, phơi nhiễm nhân tạo vượt quá phơi nhiễm tự nhiên trung bình do khả năng tiếp cận nhiều hơn với các thiết bị y tế cụ thể. Ở Châu Âu, mức phơi nhiễm nền tự nhiên trung bình giữa các quốc gia dao động từ 2 mSv (200 mrem) mỗi năm ở Vương quốc Anh đến hơn 7 mSv (700 mrem) đối với một số nhóm người ở Phần Lan.
Tiếp xúc hàng ngày
Tiếp xúc với các nguồn tự nhiên là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày cả nơi làm việc và nơi công cộng. Sự phơi nhiễm như vậy trong hầu hết các trường hợp ít hoặc không được công chúng quan tâm, nhưng trong một số trường hợp nhất định phải tính đến các biện pháp bảo vệ sức khỏe, ví dụ khi làm việc với quặng uranium và thorium và các vật liệu phóng xạ tự nhiên khác (NORM). Những tình huống này đã trở thành tâm điểm chú ý của Cơ quan trong những năm gần đây. Và điều này, không đề cập đến những ví dụ về tai nạn do thải ra chất phóng xạ, chẳng hạn như thảm họa ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl và ở Fukushima, đã buộc các nhà khoa học và chính trị gia trên thế giới phải xem xét lại thái độ của họ đối với "nguyên tử hòa bình".
Bức xạ trái đất
Bức xạ trái đất chỉ bao gồm các nguồn bên ngoài cơ thể. Nhưng đồng thời chúng vẫn tiếp tục là những nguồn phóng xạ nguy hiểm. Các hạt nhân phóng xạ chính được quan tâm là kali, uranium và thorium, các sản phẩm phân rã của chúng. Vàmột số, chẳng hạn như radium và radon, có tính phóng xạ cao nhưng ở nồng độ thấp. Số lượng các vật thể này đã giảm đáng kể kể từ khi hình thành Trái đất. Hoạt động bức xạ hiện tại liên quan đến sự hiện diện của uranium-238 chỉ bằng một nửa so với thời kỳ đầu tồn tại của hành tinh chúng ta. Điều này là do chu kỳ bán rã của nó là 4,5 tỷ năm, và đối với kali-40 (chu kỳ bán rã 1,25 tỷ năm) chỉ bằng khoảng 8% so với ban đầu. Nhưng trong quá trình tồn tại của loài người, lượng bức xạ đã giảm đi rất ít.
Nhiều đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn hơn (và do đó có độ phóng xạ cao) đã không bị phân rã do sản xuất tự nhiên liên tục của chúng. Ví dụ về điều này là radium-226 (sản phẩm phân rã của thorium-230 trong chuỗi phân rã của uranium-238) và radon-222 (sản phẩm phân rã của radium-226 trong chuỗi đó).
Thori và uranium
Các nguyên tố hóa học phóng xạ thorium và uranium hầu hết trải qua quá trình phân rã alpha và beta và không dễ phát hiện. Điều này khiến chúng trở nên rất nguy hiểm. Tuy nhiên, điều tương tự cũng có thể nói về bức xạ proton. Tuy nhiên, nhiều dẫn xuất phụ của các nguyên tố này cũng là chất phát gamma mạnh. Thorium-232 được phát hiện với đỉnh 239 keV từ chì-212, 511, 583 và 2614 keV từ thallium-208 và 911 và 969 keV từ actini-228. Nguyên tố hóa học phóng xạ Uranium-238 xuất hiện dưới dạng bitmut-214 đạt cực đại ở 609, 1120 và 1764 keV (xem cùng một đỉnh đối với radon trong khí quyển). Kali-40 được phát hiện trực tiếp qua đỉnh gamma 1461keV.
Mực nước trên mặt biển và các vùng nước lớn khác có xu hướng bằng khoảng một phần mười so với nền của trái đất. Ngược lại, các khu vực ven biển (và các khu vực gần nước ngọt) có thể có thêm sự đóng góp của trầm tích rải rác.
Radon
Nguồn bức xạ phóng xạ lớn nhất trong tự nhiên là radon trong không khí, một loại khí phóng xạ được giải phóng từ trái đất. Radon và các đồng vị của nó, hạt nhân phóng xạ mẹ và các sản phẩm phân rã góp phần tạo ra liều lượng trung bình cho hô hấp là 1,26 mSv / năm (milisievert mỗi năm). Radon phân bố không đồng đều và thay đổi theo thời tiết, do đó nhiều nơi trên thế giới được sử dụng liều lượng cao hơn, nơi nó gây nguy hiểm đáng kể cho sức khỏe. Nồng độ cao hơn 500 lần so với mức trung bình thế giới đã được tìm thấy bên trong các tòa nhà ở Scandinavia, Hoa Kỳ, Iran và Cộng hòa Séc. Radon là sản phẩm phân rã của uranium tương đối phổ biến trong vỏ trái đất, nhưng tập trung nhiều hơn ở các đá chứa quặng nằm rải rác trên khắp thế giới. Radon rò rỉ từ những quặng này vào bầu khí quyển hoặc nước ngầm, và cũng ngấm vào các tòa nhà. Nó có thể được hít vào phổi cùng với các sản phẩm phân hủy, nơi chúng sẽ lưu lại một thời gian sau khi tiếp xúc. Vì lý do này, radon được phân loại là nguồn bức xạ tự nhiên.
Tiếp xúc Radon
Mặc dù radon xuất hiện tự nhiên, nhưng ảnh hưởng của nó có thể tăng hoặc giảm do các hoạt động của con người, chẳng hạn như xây nhà. Hầm kín kémMột ngôi nhà được cách nhiệt tốt có thể dẫn đến sự tích tụ khí radon trong nhà, khiến những người cư ngụ trong nhà gặp rủi ro. Việc xây dựng rộng rãi các ngôi nhà được cách nhiệt tốt và kín ở các nước công nghiệp ở phía bắc đã dẫn đến việc radon trở thành nguồn bức xạ nền chính trong một số cộng đồng ở bắc Bắc Mỹ và châu Âu. Một số vật liệu xây dựng, chẳng hạn như bê tông nhẹ với phèn đá phiến, phốt pho và thạch cao Ý, có thể giải phóng radon nếu chúng chứa radium và xốp với khí.
Phơi nhiễm bức xạ từ radon là gián tiếp. Radon có chu kỳ bán rã ngắn (4 ngày) và phân rã thành các hạt nuclit phóng xạ khác của dãy radium. Các nguyên tố phóng xạ này được hít vào và lưu lại trong phổi, gây ra phơi nhiễm kéo dài. Do đó, radon được cho là nguyên nhân thứ hai gây ung thư phổi sau hút thuốc lá, và là nguyên nhân gây ra từ 15.000 đến 22.000 ca tử vong do ung thư mỗi năm chỉ riêng ở Mỹ. Tuy nhiên, cuộc thảo luận về các kết quả thí nghiệm ngược lại vẫn đang tiếp tục.
Phần lớn nền khí quyển là do radon và các sản phẩm phân rã của nó gây ra. Phổ gamma cho thấy các đỉnh đáng chú ý ở 609, 1120 và 1764 keV, thuộc về bitmut-214, một sản phẩm phân rã của radon. Nền khí quyển phụ thuộc mạnh mẽ vào hướng gió và các điều kiện khí tượng. Radon cũng có thể được phóng ra khỏi mặt đất theo từng đợt và sau đó tạo thành "đám mây radon" có thể di chuyển hàng chục km.
Nền không gian
Trái đất và mọi sinh vật trên đó đều không ngừngbị bắn phá bởi bức xạ từ không gian. Bức xạ này chủ yếu bao gồm các ion mang điện tích dương, từ proton đến sắt, và các hạt nhân lớn hơn được tạo ra bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Bức xạ này tương tác với các nguyên tử trong khí quyển, tạo ra luồng không khí thứ cấp, bao gồm tia X, muon, proton, hạt alpha, pion, electron và neutron.
Liều bức xạ vũ trụ trực tiếp chủ yếu đến từ các hạt muon, neutron và electron, và nó thay đổi ở các khu vực khác nhau trên thế giới tùy thuộc vào trường địa từ và độ cao. Ví dụ, thành phố Denver của Hoa Kỳ (ở độ cao 1.650 mét) nhận được liều lượng tia vũ trụ gấp đôi so với tại một điểm ở mực nước biển.
Bức xạ này mạnh hơn nhiều ở tầng đối lưu phía trên ở khoảng 10 km và do đó, các thành viên phi hành đoàn và hành khách thường xuyên ở trong môi trường này nhiều giờ trong năm là mối quan tâm đặc biệt. Trong các chuyến bay của họ, các phi hành đoàn hàng không thường nhận được một liều lao động bổ sung, từ 2,2 mSv (220 mrem) mỗi năm đến 2,19 mSv / năm, theo các nghiên cứu khác nhau.
Bức xạ trên quỹ đạo
Tương tự, các tia vũ trụ gây ra độ phơi sáng nền cho các phi hành gia cao hơn so với con người trên bề mặt Trái đất. Các phi hành gia làm việc ở quỹ đạo thấp, chẳng hạn như nhân viên của các trạm vũ trụ hoặc tàu con thoi quốc tế, được bảo vệ một phần bởi từ trường của Trái đất, nhưng cũng bị ảnh hưởng bởi cái gọi là vành đai Van Allen, là kết quả của từ trường Trái đất. Bên ngoài quỹ đạo Trái đất thấp, nhưtrải nghiệm của các phi hành gia Apollo khi du hành lên Mặt trăng, bức xạ nền này có cường độ mạnh hơn nhiều và thể hiện một rào cản đáng kể đối với việc con người khám phá Mặt trăng hoặc sao Hỏa trong tương lai.
Ảnh hưởng vũ trụ cũng gây ra sự biến đổi nguyên tố trong khí quyển, trong đó bức xạ thứ cấp do chúng tạo ra kết hợp với hạt nhân nguyên tử trong khí quyển, tạo thành nhiều nuclôn khác nhau. Nhiều cái gọi là nuclide vũ trụ có thể được tạo ra, nhưng có lẽ đáng chú ý nhất là carbon-14, được hình thành do tương tác với các nguyên tử nitơ. Các nuclide vũ trụ này cuối cùng đã đến được bề mặt Trái đất và có thể kết hợp với các sinh vật sống. Việc sản sinh ra các nuclide này thay đổi một chút trong quá trình biến chất thông lượng mặt trời ngắn hạn, nhưng thực tế được coi là không đổi trên quy mô lớn - từ hàng nghìn đến hàng triệu năm. Việc sản xuất, kết hợp liên tục và chu kỳ bán rã tương đối ngắn của cacbon-14 là những nguyên tắc được sử dụng trong xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ của các vật liệu sinh học cổ đại như đồ tạo tác bằng gỗ hoặc di vật của con người.
Tia gamma
Bức xạ vũ trụ ở mực nước biển thường xuất hiện dưới dạng bức xạ gamma 511 keV từ quá trình hủy positron được tạo ra bởi phản ứng hạt nhân của các hạt năng lượng cao và tia gamma. Ở độ cao lớn, cũng có sự đóng góp của quang phổ liên tục của bremsstrahlung. Vì vậy, trong giới khoa học, vấn đề bức xạ mặt trời và cân bằng bức xạ được coi là rất quan trọng.
Bức xạ bên trong cơ thể
Hai nguyên tố quan trọng nhất cấu tạo nên cơ thể con người, đó là kali và cacbon, chứa các chất đồng vị làm tăng đáng kể liều bức xạ nền của chúng ta. Điều này có nghĩa là chúng cũng có thể là nguồn bức xạ phóng xạ.
Các nguyên tố và hợp chất hóa học nguy hiểm có xu hướng tích tụ. Cơ thể con người trung bình chứa khoảng 17 miligam kali-40 (40K) và khoảng 24 nanogram (10-8 g) carbon-14 (14C) (chu kỳ bán rã - 5.730 năm). Loại trừ ô nhiễm bên trong bởi các chất phóng xạ bên ngoài, hai yếu tố này là thành phần lớn nhất của việc tiếp xúc bên trong với các thành phần chức năng sinh học của cơ thể con người. Khoảng 4.000 hạt nhân phân rã ở tốc độ 40K mỗi giây và cùng số lượng ở 14C. Năng lượng của các hạt beta được hình thành ở 40K lớn hơn khoảng 10 lần so với năng lượng của các hạt beta được hình thành ở 14C.
14C hiện diện trong cơ thể người khoảng 3.700 Bq (0,1 µCi) với thời gian bán hủy sinh học là 40 ngày. Điều này có nghĩa là sự phân rã của 14C tạo ra khoảng 3.700 hạt beta mỗi giây. Khoảng một nửa số tế bào của con người chứa một nguyên tử 14C.
Liều lượng bên trong trung bình toàn cầu của các hạt nhân phóng xạ không phải radon và các sản phẩm phân rã của nó là 0,29 mSv / năm, trong đó 0,17 mSv / năm ở 40K, 0,12 mSv / năm đến từ chuỗi uranium và thorium, và 12 μSv / năm - từ 14C. Cũng cần lưu ý rằng máy X-quang y tế cũng thườngphóng xạ, nhưng bức xạ của chúng không nguy hiểm cho con người.
