Trong suốt lịch sử sự sống trên Trái đất, các sinh vật thường xuyên tiếp xúc với các tia vũ trụ và các hạt nhân phóng xạ do chúng hình thành trong khí quyển, cũng như bức xạ từ các chất phổ biến trong tự nhiên. Cuộc sống hiện đại đã thích nghi với tất cả các đặc điểm và giới hạn của môi trường, bao gồm cả các nguồn tia X. tự nhiên.
Mặc dù mức độ bức xạ cao chắc chắn có hại cho sinh vật, nhưng một số loại bức xạ rất cần thiết cho sự sống. Ví dụ, phông bức xạ đã đóng góp vào các quá trình cơ bản của quá trình tiến hóa hóa học và sinh học. Rõ ràng là thực tế là nhiệt của lõi Trái đất được cung cấp và duy trì bởi nhiệt phân hủy của các hạt nhân phóng xạ sơ cấp, tự nhiên.
Tia vũ trụ
Bức xạ có nguồn gốc ngoài Trái đất liên tục bắn phá Trái đất được gọi làkhông gian.
Thực tế là bức xạ xuyên thấu này đến hành tinh của chúng ta từ bên ngoài không gian chứ không phải từ Trái đất, được phát hiện trong các thí nghiệm đo sự ion hóa ở nhiều độ cao khác nhau, từ mực nước biển đến 9000 m. Người ta nhận thấy rằng cường độ của bức xạ ion hóa giảm đến độ cao 700 m, và sau đó tăng lên nhanh chóng khi leo lên. Sự giảm ban đầu có thể được giải thích là do sự giảm cường độ của tia gamma trên mặt đất và sự gia tăng do tác động của các tia vũ trụ.
Nguồn tia X trong không gian như sau:
- nhóm thiên hà;
- thiên hà Seyfert;
- Mặt trời;
- sao;
- chuẩn tinh;
- lỗ đen;
- tàn dư của siêu tân tinh;
- sao lùn trắng;
- những ngôi sao tối, v.v.
Bằng chứng về sự bức xạ như vậy, chẳng hạn, là sự gia tăng cường độ của các tia vũ trụ quan sát được trên Trái đất sau các đợt bùng phát mặt trời. Nhưng ngôi sao của chúng ta không đóng góp chính vào tổng thông lượng, vì các biến thể hàng ngày của nó là rất nhỏ.
Hai loại tia
Tia vũ trụ được chia thành sơ cấp và thứ cấp. Bức xạ không tương tác với vật chất trong khí quyển, thạch quyển hoặc thủy quyển của Trái đất được gọi là bức xạ sơ cấp. Nó bao gồm các hạt proton (≈ 85%) và hạt alpha (≈ 14%), với thông lượng nhỏ hơn nhiều (< 1%) hạt nhân nặng hơn. Tia X vũ trụ thứ cấp, có nguồn bức xạ là bức xạ sơ cấp và bầu khí quyển, được cấu tạo bởi các hạt hạ nguyên tử như pion, muon, vàcác electron. Ở mực nước biển, hầu như tất cả các bức xạ quan sát được bao gồm các tia vũ trụ thứ cấp, 68% trong số đó là các hạt muon và 30% là các điện tử. Dưới 1% thông lượng ở mực nước biển được tạo thành từ các proton.
Các tia vũ trụ sơ cấp, theo quy luật, có động năng rất lớn. Chúng được tích điện dương và thu được năng lượng bằng cách tăng tốc trong từ trường. Trong chân không của không gian vũ trụ, các hạt tích điện có thể tồn tại trong một thời gian dài và di chuyển hàng triệu năm ánh sáng. Trong chuyến bay này, chúng thu được động năng cao, theo bậc 2–30 GeV (1 GeV=109eV). Các hạt riêng lẻ có năng lượng lên đến 1010GeV.
Năng lượng cao của các tia vũ trụ sơ cấp cho phép chúng phân tách các nguyên tử trong bầu khí quyển của trái đất khi chúng va chạm theo đúng nghĩa đen. Cùng với neutron, proton và các hạt hạ nguyên tử, các nguyên tố nhẹ như hydro, helium và beriium có thể được hình thành. Các hạt muon luôn mang điện và cũng nhanh chóng phân rã thành các electron hoặc positron.
Lá chắn từ tính
Cường độ của tia vũ trụ tăng mạnh khi đi lên cho đến khi đạt cực đại ở độ cao khoảng 20 km. Từ 20 km đến ranh giới của khí quyển (lên đến 50 km), cường độ giảm dần.
Hình thái này được giải thích là do sự gia tăng sản xuất bức xạ thứ cấp do mật độ không khí tăng lên. Ở độ cao 20 km, hầu hết các bức xạ sơ cấp đã tham gia vào tương tác, và sự giảm cường độ từ 20 km so với mực nước biển phản ánh sự hấp thụ của các tia thứ cấp.bầu khí quyển, tương đương với khoảng 10 mét nước.
Cường độ bức xạ cũng liên quan đến vĩ độ. Ở cùng một độ cao, dòng chảy vũ trụ tăng từ xích đạo đến vĩ độ 50–60 ° và không đổi lên đến các cực. Điều này được giải thích bởi hình dạng của từ trường Trái đất và sự phân bố năng lượng của bức xạ sơ cấp. Các đường sức từ vượt ra ngoài bầu khí quyển thường song song với bề mặt trái đất ở xích đạo và vuông góc ở các cực. Các hạt tích điện dễ dàng di chuyển dọc theo đường sức của từ trường, nhưng hầu như không vượt qua nó theo hướng ngang. Từ các cực đến 60 °, hầu như tất cả các bức xạ sơ cấp đều tới bầu khí quyển của Trái đất và ở xích đạo chỉ các hạt có năng lượng vượt quá 15 GeV mới có thể xuyên qua lá chắn từ trường.
Nguồn tia X thứ cấp
Là kết quả của sự tương tác của các tia vũ trụ với vật chất, một lượng đáng kể hạt nhân phóng xạ liên tục được tạo ra. Hầu hết chúng là những mảnh vỡ, nhưng một số trong số chúng được hình thành do sự hoạt hóa của các nguyên tử ổn định bởi neutron hoặc muon. Sự sản sinh tự nhiên của các hạt nhân phóng xạ trong khí quyển tương ứng với cường độ bức xạ vũ trụ theo độ cao và vĩ độ. Khoảng 70% trong số chúng bắt nguồn từ tầng bình lưu và 30% ở tầng đối lưu.
Ngoại trừ H-3 và C-14, các hạt nhân phóng xạ thường được tìm thấy ở nồng độ rất thấp. Triti được pha loãng và trộn với nước và H-2, và C-14 kết hợp với oxy để tạo thành CO2, trộn với carbon dioxide trong khí quyển. Carbon-14 xâm nhập vào thực vật thông qua quá trình quang hợp.
Bức xạ Trái đất
Trong số rất nhiều hạt nhân phóng xạ đã hình thành cùng Trái đất, chỉ một số ít có chu kỳ bán rã đủ dài để giải thích sự tồn tại hiện tại của chúng. Nếu hành tinh của chúng ta hình thành cách đây khoảng 6 tỷ năm, chúng sẽ cần chu kỳ bán rã ít nhất 100 triệu năm để duy trì ở số lượng có thể đo được. Trong số các hạt nhân phóng xạ sơ cấp được phát hiện cho đến nay, ba hạt có tầm quan trọng lớn nhất. Nguồn tia X là K-40, U-238 và Th-232. Mỗi uranium và thorium tạo thành một chuỗi các sản phẩm phân rã mà hầu như luôn luôn có mặt của đồng vị ban đầu. Mặc dù nhiều hạt nhân phóng xạ con tồn tại trong thời gian ngắn, nhưng chúng rất phổ biến trong môi trường vì chúng được hình thành liên tục từ các vật liệu mẹ có tuổi thọ cao.
Nói tóm lại, các nguồn tia X nguyên thủy khác có tuổi thọ cao, có nồng độ rất thấp. Đó là Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, vv Các neutron trong tự nhiên hình thành nhiều hạt nhân phóng xạ khác, nhưng nồng độ của chúng thường rất thấp. Mỏ đá Oklo ở Gabon, Châu Phi, chứa bằng chứng về một "lò phản ứng tự nhiên", trong đó các phản ứng hạt nhân đã diễn ra. Sự cạn kiệt của U-235 và sự hiện diện của các sản phẩm phân hạch trong mỏ uranium phong phú cho thấy một phản ứng dây chuyền tự phát đã xảy ra ở đây khoảng 2 tỷ năm trước.
Mặc dù các hạt nhân phóng xạ nguyên thủy có mặt ở khắp nơi, nhưng nồng độ của chúng thay đổi tùy theo vị trí. Chủ yếuNơi chứa phóng xạ tự nhiên là thạch quyển. Ngoài ra, nó thay đổi đáng kể trong thạch quyển. Đôi khi nó được liên kết với một số loại hợp chất và khoáng chất, đôi khi nó hoàn toàn mang tính khu vực, ít có mối tương quan với các loại đá và khoáng chất.
Sự phân bố của các hạt nhân phóng xạ sơ cấp và các sản phẩm phân rã con cháu của chúng trong các hệ sinh thái tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm các đặc tính hóa học của các nuclêôtit, các yếu tố vật lý của hệ sinh thái và các thuộc tính sinh lý và sinh thái của động thực vật. Sự phong hóa của đá, nơi chứa chính của chúng, cung cấp U, Th và K. cho đất. Các sản phẩm phân hủy của Th và U cũng tham gia vào quá trình chuyển hóa này. Từ đất, cây trồng hấp thụ K, Ra, một ít U và rất ít Th. Họ sử dụng kali-40 theo cách tương tự như chất ổn định K. Radium, một sản phẩm phân rã của U-238, được nhà máy sử dụng, không phải vì nó là một đồng vị, mà vì nó gần với canxi về mặt hóa học. Việc cây trồng hấp thụ uranium và thorium thường không đáng kể vì những hạt nhân phóng xạ này thường không hòa tan.
Radon
Nguồn bức xạ tự nhiên quan trọng nhất là nguyên tố không vị, không mùi, một loại khí vô hình nặng gấp 8 lần không khí, radon. Nó bao gồm hai đồng vị chính - radon-222, một trong những sản phẩm phân rã của U-238, và radon-220, được hình thành trong quá trình phân rã của Th-232.
Đá, đất, thực vật, động vật phát ra khí radon. Khí là sản phẩm phân rã của radium và được tạo ra từ bất kỳ vật liệu nàocái nào chứa nó. Bởi vì radon là một khí trơ, nó có thể được giải phóng từ các bề mặt tiếp xúc với khí quyển. Lượng radon thoát ra từ một khối đá nhất định phụ thuộc vào lượng radium và diện tích bề mặt. Đá càng nhỏ, nó càng có thể giải phóng nhiều radon. Nồng độ Rn trong không khí bên cạnh các vật liệu chứa radi cũng phụ thuộc vào vận tốc truyền khí. Trong các tầng hầm, hang động và hầm mỏ có không khí lưu thông kém, nồng độ radon có thể đạt mức đáng kể.
Rn phân hủy khá nhanh và tạo thành một số hạt nhân phóng xạ con. Sau khi được hình thành trong khí quyển, các sản phẩm phân rã radon kết hợp với các hạt bụi mịn lắng đọng trên đất và thực vật, đồng thời cũng được động vật hít vào. Lượng mưa đặc biệt hiệu quả trong việc quét sạch các nguyên tố phóng xạ khỏi không khí, nhưng tác động và sự lắng đọng của các hạt sol khí cũng góp phần làm lắng đọng chúng.
Ở vùng khí hậu ôn hòa, nồng độ radon trong nhà trung bình cao hơn ngoài trời khoảng 5 đến 10 lần.
Trong vài thập kỷ qua, con người đã "nhân tạo" sản xuất hàng trăm hạt nhân phóng xạ, tia X liên quan, các nguồn, đặc tính có ứng dụng trong y học, quân sự, sản xuất điện, thiết bị đo đạc và thăm dò khoáng sản.
Tác động riêng lẻ của các nguồn bức xạ nhân tạo rất khác nhau. Hầu hết mọi người nhận được một lượng bức xạ nhân tạo tương đối nhỏ, nhưng một số nhận được lượng bức xạ gấp hàng nghìn lần từ các nguồn tự nhiên. Nguồn nhân tạo tốt hơnđược kiểm soát hơn là tự nhiên.
Nguồn tia X trong y học
Theo quy định, trong công nghiệp và y học, chỉ sử dụng các hạt nhân phóng xạ tinh khiết, giúp đơn giản hóa việc xác định các đường rò rỉ từ các địa điểm lưu trữ và quy trình xử lý.
Việc sử dụng bức xạ trong y học là phổ biến và có khả năng gây ảnh hưởng đáng kể. Nó bao gồm các nguồn tia X được sử dụng trong y học cho:
- chẩn đoán;
- liệu pháp;
- thủ tục phân tích;
- nhịp độ.
Để chẩn đoán, cả nguồn kín và nhiều loại máy đánh dấu phóng xạ đều được sử dụng. Các tổ chức y tế thường phân biệt giữa các ứng dụng này là X quang và y học hạt nhân.
Ống tia X có phải là nguồn bức xạ ion hóa không? Chụp cắt lớp vi tính và lưu quang là các quy trình chẩn đoán nổi tiếng được thực hiện với sự trợ giúp của nó. Ngoài ra, có rất nhiều ứng dụng của các nguồn đồng vị trong chụp X quang y tế, bao gồm các nguồn gamma và beta, và các nguồn neutron thực nghiệm cho các trường hợp máy X quang không tiện lợi, không phù hợp hoặc có thể nguy hiểm. Từ quan điểm môi trường, bức xạ bức xạ không gây rủi ro miễn là các nguồn của nó vẫn có trách nhiệm giải trình và xử lý đúng cách. Về vấn đề này, lịch sử của các nguyên tố radium, kim radon và các hợp chất phát quang chứa radium không được khuyến khích.
Nguồn tia X thường được sử dụng dựa trên90Srhoặc147Pm. Sự ra đời của252Cf với tư cách là một máy phát nơtron di động đã làm cho phương pháp chụp bức xạ nơtron trở nên phổ biến rộng rãi, mặc dù nói chung kỹ thuật này vẫn phụ thuộc nhiều vào sự sẵn có của các lò phản ứng hạt nhân.
Y học hạt nhân
Các mối nguy môi trường chính là nhãn đồng vị phóng xạ trong y học hạt nhân và các nguồn tia X. Ví dụ về những ảnh hưởng không mong muốn như sau:
- chiếu xạ của bệnh nhân;
- chiếu xạ của nhân viên bệnh viện;
- tiếp xúc trong quá trình vận chuyển dược phẩm phóng xạ;
- tác động trong quá trình sản xuất;
- tiếp xúc với chất thải phóng xạ.
Trong những năm gần đây, có xu hướng giảm tiếp xúc với bệnh nhân thông qua việc giới thiệu các đồng vị có thời gian sống ngắn hơn với hiệu ứng hẹp hơn và sử dụng các loại thuốc có tính cơ địa hóa cao hơn.
Thời gian bán hủy ngắn hơn làm giảm tác động của chất thải phóng xạ, vì hầu hết các nguyên tố tồn tại lâu đều được bài tiết qua thận.
Tác động môi trường của cống rãnh dường như không phụ thuộc vào việc bệnh nhân điều trị nội trú hay ngoại trú. Mặc dù hầu hết các nguyên tố phóng xạ được giải phóng có khả năng tồn tại trong thời gian ngắn, nhưng hiệu ứng tích lũy vượt xa mức ô nhiễm của tất cả các nhà máy điện hạt nhân cộng lại.
Hạt nhân phóng xạ được sử dụng phổ biến nhất trong y học là nguồn tia X:
- 99mTc - quét sọ và não, quét máu não, tim, gan, phổi, tuyến giáp, xác định vị trí nhau thai;
- 131Tôi - máu, chụp gan, xác định vị trí nhau thai, chụp và điều trị tuyến giáp;
- 51Cr - xác định thời gian tồn tại của tế bào hồng cầu hoặc sự cô lập, thể tích máu;
- 57Co - Schilling test;
- 32P - di căn xương.
Việc sử dụng rộng rãi các quy trình xét nghiệm phóng xạ, phân tích nước tiểu và các phương pháp nghiên cứu khác bằng cách sử dụng các hợp chất hữu cơ được dán nhãn đã làm tăng đáng kể việc sử dụng các chế phẩm soi cầu lỏng. Các dung dịch phốt pho hữu cơ, thường dựa trên toluen hoặc xylen, tạo thành một khối lượng khá lớn chất thải hữu cơ lỏng cần phải được xử lý. Chế biến ở dạng lỏng có khả năng gây nguy hiểm và môi trường không thể chấp nhận được. Vì lý do này, việc đốt chất thải được ưu tiên hơn.
Vì3H hoặc14C tồn tại lâu dài trong môi trường nên khả năng tiếp xúc của chúng nằm trong giới hạn bình thường. Nhưng hiệu quả tích lũy có thể rất đáng kể.
Một ứng dụng y tế khác của hạt nhân phóng xạ là sử dụng pin plutonium để cung cấp năng lượng cho máy điều hòa nhịp tim. Hàng ngàn người còn sống ngày nay vì những thiết bị này giúp tim của họ hoạt động. Các nguồn238Pu (150 GBq) kín được phẫu thuật cấy vào bệnh nhân.
Tia X công nghiệp: nguồn, đặc tính, ứng dụng
Y học không phải là lĩnh vực duy nhất mà phần này của phổ điện từ được tìm thấy ứng dụng. Đồng vị phóng xạ và các nguồn tia X được sử dụng trong công nghiệp là một phần quan trọng của tình hình bức xạ công nghệ. Ví dụ ứng dụng:
- chụp X quang công nghiệp;
- đo bức xạ;
- đầu báo khói;
- vật liệu tự phát sáng;
- tinh thể học tia X;
- máy soi để soi hành lý và hành lý xách tay;
- laser tia x;
- synctrons;
- cyclotrons.
Bởi vì hầu hết các ứng dụng này liên quan đến việc sử dụng các đồng vị đóng gói, phơi nhiễm bức xạ xảy ra trong quá trình vận chuyển, chuyển giao, bảo trì và thải bỏ.
Ống tia X có phải là nguồn bức xạ ion hóa trong công nghiệp không? Có, nó được sử dụng trong các hệ thống kiểm tra không phá hủy ở sân bay, trong nghiên cứu tinh thể, vật liệu và cấu trúc, và trong điều khiển công nghiệp. Trong những thập kỷ qua, liều lượng tiếp xúc với bức xạ trong khoa học và công nghiệp đã đạt đến một nửa giá trị của chỉ số này trong y học; do đó đóng góp rất quan trọng.
Các nguồn tia X đóng gói tự nó có rất ít tác dụng. Nhưng việc vận chuyển và xử lý chúng thật đáng lo ngại khi chúng bị thất lạc hoặc đổ nhầm vào bãi rác. Nguồn như vậyTia X thường được cung cấp và lắp đặt dưới dạng đĩa hoặc trụ kín kép. Các viên nang được làm bằng thép không gỉ và yêu cầu kiểm tra rò rỉ định kỳ. Việc xử lý chúng có thể là một vấn đề. Các nguồn có tuổi thọ ngắn có thể được lưu trữ và giảm chất lượng, nhưng ngay cả khi đó chúng phải được tính toán đúng cách và hoạt chất còn lại phải được xử lý tại một cơ sở được cấp phép. Nếu không, các viên nang phải được gửi đến các cơ sở chuyên khoa. Sức mạnh của chúng xác định chất liệu và kích thước của phần hoạt động của nguồn tia X.
Vị trí lưu trữ nguồn tia X
Một vấn đề ngày càng gia tăng là việc ngừng hoạt động và khử nhiễm an toàn đối với các khu công nghiệp nơi lưu trữ các chất phóng xạ trong quá khứ. Đây hầu hết là các cơ sở tái chế hạt nhân cũ hơn, nhưng các ngành công nghiệp khác cần phải tham gia, chẳng hạn như các nhà máy sản xuất dấu hiệu tritium tự phát sáng.
Các nguồn cấp thấp tồn tại lâu, phổ biến rộng rãi, là một vấn đề cụ thể. Ví dụ:241Am được sử dụng trong đầu báo khói. Ngoài radon, đây là những nguồn chính của bức xạ tia X trong cuộc sống hàng ngày. Riêng chúng, chúng không gây ra bất kỳ nguy hiểm nào, nhưng một số lượng đáng kể trong số chúng có thể gây ra vấn đề trong tương lai.
Vụ nổ hạt nhân
Trong 50 năm qua, mọi người đều bị nhiễm phóng xạ từ bụi phóng xạ do thử nghiệm vũ khí hạt nhân. Đỉnh cao của họ là ở1954-1958 và 1961-1962.
Năm 1963, ba quốc gia (Liên Xô, Mỹ và Anh) đã ký một thỏa thuận về lệnh cấm một phần các vụ thử hạt nhân trong khí quyển, đại dương và ngoài không gian. Trong hai thập kỷ tiếp theo, Pháp và Trung Quốc đã tiến hành một loạt các cuộc thử nghiệm nhỏ hơn nhiều, kết thúc vào năm 1980. Các cuộc thử nghiệm dưới lòng đất vẫn đang được tiến hành, nhưng nhìn chung chúng không tạo ra lượng mưa.
Ô nhiễm phóng xạ từ các thử nghiệm trong khí quyển rơi xuống gần khu vực vụ nổ. Một số chúng vẫn ở trong tầng đối lưu và được gió mang đi khắp thế giới ở cùng vĩ độ. Khi di chuyển, chúng rơi xuống đất, tồn tại khoảng một tháng trong không khí. Nhưng hầu hết đều bị đẩy vào tầng bình lưu, nơi ô nhiễm vẫn tồn tại trong nhiều tháng và dần chìm xuống khắp hành tinh.
Bụi phóng xạ bao gồm hàng trăm hạt nhân phóng xạ khác nhau, nhưng chỉ một vài trong số chúng có khả năng ảnh hưởng đến cơ thể con người, vì vậy, kích thước của chúng rất nhỏ và phân hủy nhanh. Đáng kể nhất là C-14, Cs-137, Zr-95 và Sr-90.
Zr-95 có chu kỳ bán rã 64 ngày, trong khi Cs-137 và Sr-90 có khoảng 30 năm. Chỉ carbon-14, với chu kỳ bán rã là 5730, sẽ còn hoạt động trong tương lai.
Năng lượng hạt nhân
Năng lượng hạt nhân là nguồn bức xạ gây tranh cãi nhất trong tất cả các nguồn bức xạ do con người gây ra, nhưng nó góp phần rất ít vào các tác động đến sức khoẻ con người. Trong quá trình hoạt động bình thường, các cơ sở hạt nhân thải ra môi trường một lượng phóng xạ không đáng kể. Tháng 2 năm 2016Có 442 lò phản ứng hạt nhân hoạt động dân dụng ở 31 quốc gia và 66 lò khác đang được xây dựng. Đây chỉ là một phần của chu trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân. Nó bắt đầu với việc khai thác và nghiền quặng uranium và tiếp tục với việc sản xuất nhiên liệu hạt nhân. Sau khi được sử dụng trong các nhà máy điện, pin nhiên liệu đôi khi được xử lý lại để thu hồi uranium và plutonium. Cuối cùng, chu trình kết thúc với việc xử lý chất thải hạt nhân. Ở mọi giai đoạn của chu kỳ này, chất phóng xạ có thể được giải phóng.
Khoảng một nửa sản lượng quặng uranium trên thế giới đến từ các mỏ lộ thiên, nửa còn lại từ các mỏ. Sau đó, nó được nghiền tại các máy nghiền gần đó, nơi tạo ra một lượng lớn chất thải - hàng trăm triệu tấn. Chất thải này vẫn còn phóng xạ trong hàng triệu năm sau khi nhà máy ngừng hoạt động, mặc dù bức xạ là một phần rất nhỏ của nền tự nhiên.
Sau đó, uranium được biến thành nhiên liệu thông qua quá trình xử lý và tinh chế tiếp theo tại các nhà máy làm giàu. Các quá trình này dẫn đến ô nhiễm không khí và nước, nhưng chúng ít hơn nhiều so với các giai đoạn khác của chu trình nhiên liệu.
