Rádioaktívny zdroj je určité množstvo rádionuklidu, ktorý emituje ionizujúce žiarenie. Ten zvyčajne zahŕňa gama žiarenie, alfa a beta častice a neutrónové žiarenie.
Úloha zdrojov
Dajú sa použiť na ožarovanie, keď žiarenie plní ionizačnú funkciu, alebo ako zdroj metrologického žiarenia na kalibráciu rádiometrického procesu a prístrojového vybavenia. Používajú sa aj na monitorovanie priemyselných procesov, ako je meranie hrúbky v papierenskom a oceliarskom priemysle. Zdroje môžu byť uzavreté v nádobe (vysoko prenikajúce žiarenie) alebo uložené na povrchu (nízko prenikajúce žiarenie) alebo v kvapaline.
Význam a aplikácia
Ako zdroj žiarenia sa používajú v medicíne na radiačnú terapiu a v priemysle na rádiografiu, ožarovaniepotraviny, sterilizácia, kontrola škodcov a zosieťovanie ožarovaním PVC.
Radionuklidy
Rádionuklidy sa vyberajú podľa typu a charakteru žiarenia, jeho intenzity a polčasu rozpadu. Bežné zdroje rádionuklidov zahŕňajú kob alt-60, irídium-192 a stroncium-90. Meradlom množstva aktivity zdroja SI je Becquerel, hoci historická jednotka Curie sa stále čiastočne používa, napríklad v USA, napriek tomu, že americký NIST dôrazne odporúča používanie jednotky SI. Zo zdravotných dôvodov je to v EÚ povinné.
Lifetime
Zdroj žiarenia zvyčajne žije 5 až 15 rokov, kým jeho aktivita klesne na bezpečnú úroveň. Ak sú však dostupné rádionuklidy s dlhým polčasom rozpadu, môžu sa používať ako kalibračné nástroje oveľa dlhšie.
Zatvorené a skryté
Mnohé rádioaktívne zdroje sú uzavreté. To znamená, že sú trvalo buď úplne obsiahnuté v kapsule, alebo sú pevne spojené s povrchom pevnou látkou. Kapsuly sú zvyčajne vyrobené z nehrdzavejúcej ocele, titánu, platiny alebo iného inertného kovu. Použitie uzavretých žiaričov eliminuje prakticky všetky riziká rozptýlenia rádioaktívneho materiálu do okolia v dôsledku nesprávnej manipulácie, ale kontajner nie je určený na zoslabenie žiarenia, takže na ochranu pred žiarením je potrebné dodatočné tienenie. Uzavreté sa tiež používajú takmer vo všetkých prípadoch, kde nievyžaduje sa chemické alebo fyzikálne začlenenie do kvapaliny alebo plynu.
Uzavreté žiariče sú klasifikované MAAE podľa ich aktivít vo vzťahu k minimálne nebezpečným rádioaktívnym predmetom (ktoré môžu ľuďom spôsobiť značné škody). Použitý pomer je A/D, kde A je zdrojová aktivita a D je minimálna nebezpečná aktivita.
Upozorňujeme, že zdroje s dostatočne nízkym rádioaktívnym výťažkom (napríklad tie, ktoré sa používajú v detektoroch dymu), aby nepoškodili ľudí, nie sú klasifikované.
Capsules
Kapslové zdroje, kde žiarenie efektívne prichádza z bodu, sa používajú na kalibráciu beta, gama a röntgenových prístrojov. Nedávno boli nepopulárne ako priemyselné objekty, tak aj ako predmety na štúdium.
Platové pružiny
Sú široko používané na kalibráciu prístrojov rádioaktívnej kontaminácie. To znamená, že v skutočnosti hrajú úlohu akýchsi zázračných počítadiel.
Na rozdiel od kapsulového zdroja musí byť pozadie vyžarované doskovým zdrojom na povrchu, aby sa predišlo vyblednutiu nádoby alebo samotieneniu v dôsledku povahy materiálu. To je dôležité najmä pre alfa častice, ktoré sú ľahko zastavené malou hmotou. Braggova krivka ukazuje účinok tlmenia v atmosférickom vzduchu.
Neotvorené
Neotvorené zdroje sú tie, ktoré nie sú v trvalo uzavretej nádobe a sú široko používané na lekárske účely. Uplatňujú sa v prípadochkeď je potrebné zdroj rozpustiť v tekutine na injekciu pacientovi alebo na požitie. Používajú sa aj v priemysle podobným spôsobom na detekciu úniku ako rádioaktívny indikátor.
Aspekty recyklácie a životného prostredia
Likvidácia rádioaktívnych žiaričov po exspirácii predstavuje podobné problémy ako likvidácia iného jadrového odpadu, aj keď v menšom rozsahu. Vyčerpané nízkoúrovňové zdroje budú niekedy dostatočne neaktívne na to, aby sa dali zneškodniť bežnými metódami likvidácie odpadu, zvyčajne na skládkach. Iné spôsoby zneškodňovania sú podobné tým, ktoré sa používajú pre rádioaktívny odpad s vyššou úrovňou rádioaktívneho odpadu, pričom sa využívajú rôzne hĺbky vrtu v závislosti od aktivity odpadu.
Známym prípadom neopatrnej manipulácie s takýmto predmetom bola nehoda v Goiani, ktorá viedla k smrti niekoľkých ľudí.
Žiarenie pozadia
Žiarenie pozadia je na Zemi vždy prítomné. Väčšina žiarenia pozadia pochádza prirodzene z minerálov, zatiaľ čo malá časť pochádza z prvkov vytvorených človekom. Prírodné rádioaktívne minerály v zemi, pôde a vode vytvárajú pozadie. Ľudské telo dokonca obsahuje niektoré z týchto prírodných rádioaktívnych minerálov. Kozmické žiarenie tiež prispieva k radiačnému pozadiu okolo nás. Môžu existovať veľké rozdiely v úrovni prirodzeného pozadia z miesta na miesto, ako aj zmeny na rovnakom mieste v priebehu času. Prírodné rádioizotopy sú veľmi silným pozadímžiariče.
Kozmické žiarenie
Kozmické žiarenie pochádza z extrémne energetických častíc zo Slnka a hviezd, ktoré vstupujú do zemskej atmosféry. To znamená, že tieto nebeské telesá možno nazvať zdrojmi rádioaktívneho žiarenia. Niektoré častice dopadnú na zem, zatiaľ čo iné interagujú s atmosférou a vytvárajú rôzne druhy žiarenia. Úrovne sa zvyšujú, keď sa približujete k rádioaktívnemu objektu, takže množstvo kozmického žiarenia sa zvyčajne zvyšuje úmerne k stúpaniu. Čím vyššia nadmorská výška, tým vyššia dávka. To je dôvod, prečo ľudia žijúci v Denveri v Colorade (5 280 stôp) dostávajú vyššiu ročnú dávku žiarenia z kozmického žiarenia ako ktokoľvek žijúci na hladine mora (0 stôp).
Ťažba uránu v Rusku zostáva kontroverznou a „horúcou“témou, pretože táto práca je mimoriadne nebezpečná. Prirodzene, urán a tórium nachádzajúce sa v Zemi sa nazývajú primárne rádionuklidy a sú zdrojom pozemského žiarenia. Stopové množstvá uránu, tória a produktov ich rozpadu možno nájsť všade. Zistite viac o rádioaktívnom rozpade. Úrovne suchozemského žiarenia sa líšia podľa miesta, ale oblasti s vyššími koncentráciami uránu a tória v povrchových pôdach zvyčajne zažívajú vyššie úrovne dávok. Preto sú ľudia zapojení do ťažby uránu v Rusku vystavení veľkému riziku.
Žiarenie a ľudia
V ľudskom tele sa nachádzajú stopy rádioaktívnych látok (hlavne prírodný draslík-40). Prvok sa nachádza v potravinách, pôde a vode, ktoré smesúhlasiť. Naše telá obsahujú malé množstvo žiarenia, pretože telo metabolizuje nerádioaktívne a rádioaktívne formy draslíka a iných prvkov rovnakým spôsobom.
Malá časť žiarenia na pozadí pochádza z ľudských činností. Stopové množstvá rádioaktívnych prvkov boli rozptýlené do životného prostredia v dôsledku testovania jadrových zbraní a nehôd, ako je tá, ktorá sa stala v jadrovej elektrárni v Černobyle na Ukrajine. Jadrové reaktory uvoľňujú malé množstvá rádioaktívnych prvkov. Rádioaktívne materiály používané v priemysle a dokonca aj v niektorých spotrebných produktoch tiež vyžarujú malé množstvo žiarenia na pozadí.
Všetci sme každý deň vystavení žiareniu z prírodných zdrojov, ako sú minerály na Zemi, a umelých zdrojov, ako sú lekárske röntgenové lúče. Podľa National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP) je priemerné ročné vystavenie človeka žiareniu v Spojených štátoch amerických 620 miliremov (6,2 milisievertov).
V prírode
Rádioaktívne látky sa často vyskytujú v prírode. Niektoré z nich sa nachádzajú v pôde, horninách, vode, vzduchu a vegetácii, odkiaľ sú vdychované a prijímané. Okrem tohto vnútorného ožiarenia ľudia dostávajú aj vonkajšie ožiarenie z rádioaktívnych materiálov, ktoré zostávajú mimo tela, a z kozmického žiarenia z vesmíru. Priemerná denná prirodzená dávka pre ľudí je asi 2,4 mSv (240 mrem) za rok.
To je štvornásobokcelosvetová priemerná expozícia umelému žiareniu vo svete, ktorá v roku 2008 bola približne 0,6 mrem (60 Rem) ročne. V niektorých bohatých krajinách, ako sú USA a Japonsko, umelá expozícia v priemere prevyšuje prirodzenú expozíciu v dôsledku väčšieho prístupu k špecifickým lekárskym prístrojom. V Európe sa priemerná expozícia prirodzeného pozadia v jednotlivých krajinách pohybuje od 2 mSv (200 mrem) ročne v Spojenom kráľovstve po viac ako 7 mSv (700 mrem) pre niektoré skupiny ľudí vo Fínsku.
Denná expozícia
Expozícia z prírodných zdrojov je neoddeliteľnou súčasťou každodenného života v práci aj na verejných miestach. Takéto ožiarenia vo väčšine prípadov vyvolávajú malý alebo žiadny záujem verejnosti, ale v určitých situáciách je potrebné vziať do úvahy opatrenia na ochranu zdravia, napríklad pri práci s uránovými a tóriovými rudami a inými prirodzene sa vyskytujúcimi rádioaktívnymi materiálmi (NORM). Tieto situácie sa v posledných rokoch stali stredobodom pozornosti agentúry. A to bez uvedenia príkladov nehôd s únikom rádioaktívnych látok, ako bola katastrofa v jadrovej elektrárni v Černobyle a vo Fukušime, ktorá prinútila vedcov a politikov na celom svete prehodnotiť svoj postoj k „mierovému atómu“.
Žiarenie Zeme
Žiarenie Zeme zahŕňa iba zdroje, ktoré zostávajú mimo tela. Zároveň sú však naďalej nebezpečnými rádioaktívnymi zdrojmi žiarenia. Hlavnými rádionuklidmi sú draslík, urán a tórium, produkty ich rozpadu. Aniektoré, ako napríklad rádium a radón, sú vysoko rádioaktívne, ale vyskytujú sa v nízkych koncentráciách. Počet týchto objektov sa od vzniku Zeme neúprosne znížil. Súčasná radiačná aktivita spojená s prítomnosťou uránu-238 je polovičná ako na začiatku existencie našej planéty. Je to spôsobené jeho polčasom rozpadu 4,5 miliardy rokov a pre draslík-40 (polčas rozpadu 1,25 miliardy rokov) je to len asi 8% pôvodného. Ale počas existencie ľudstva sa množstvo žiarenia veľmi mierne znížilo.
Mnohé izotopy s kratším polčasom rozpadu (a teda vysokou rádioaktivitou) sa nerozpadli v dôsledku ich neustálej prirodzenej produkcie. Príkladmi toho sú rádium-226 (produkt rozpadu tória-230 v reťazci rozpadu uránu-238) a radón-222 (produkt rozpadu rádia-226 v tomto reťazci).
Thorium a urán
Rádioaktívne chemické prvky tórium a urán väčšinou podliehajú alfa a beta rozpadu a nie je ľahké ich odhaliť. To ich robí veľmi nebezpečnými. To isté však možno povedať o protónovom žiarení. Mnohé z ich vedľajších derivátov týchto prvkov sú však tiež silnými gama žiaričmi. Tórium-232 sa deteguje s vrcholom 239 keV z olova-212, 511, 583 a 2614 keV z tália-208 a 911 a 969 keV z aktínia-228. Rádioaktívny chemický prvok Urán-238 sa javí ako vrcholy bizmutu-214 pri 609, 1120 a 1764 keV (pozri rovnaký vrchol pre atmosférický radón). Draslík-40 sa deteguje priamo cez 1461 gama vrcholkeV.
Hladina nad morom a inými veľkými vodnými plochami má tendenciu predstavovať asi desatinu pozadia zeme. Naopak, pobrežné oblasti (a oblasti v blízkosti sladkej vody) môžu mať dodatočný príspevok z rozptýleného sedimentu.
Radon
Najväčším zdrojom rádioaktívneho žiarenia v prírode je vzdušný radón, rádioaktívny plyn uvoľnený zo zeme. Radón a jeho izotopy, materské rádionuklidy a produkty rozpadu prispievajú k priemernej dýchateľnej dávke 1,26 mSv/rok (milisievert za rok). Radón je rozmiestnený nerovnomerne a mení sa v závislosti od počasia, takže v mnohých častiach sveta, kde predstavuje značné zdravotné riziko, sa používajú oveľa vyššie dávky. V budovách v Škandinávii, Spojených štátoch, Iráne a Českej republike boli zistené koncentrácie 500-krát vyššie ako svetový priemer. Radón je produktom rozpadu uránu, ktorý je pomerne bežný v zemskej kôre, no viac sa koncentruje v horninách obsahujúcich rudy roztrúsených po celom svete. Radón z týchto rúd uniká do atmosféry alebo podzemných vôd a presakuje aj do budov. Môže sa vdýchnuť do pľúc spolu s produktmi rozpadu, kde zostanú nejaký čas po expozícii. Z tohto dôvodu je radón klasifikovaný ako prirodzený zdroj žiarenia.
Vystavenie radónu
Aj keď sa radón vyskytuje prirodzene, jeho účinky možno zvýšiť alebo znížiť ľudskou činnosťou, akou je napríklad stavba domu. Zle utesnená pivnicaDobre izolovaný dom môže viesť k hromadeniu radónu v dome, čo ohrozuje jeho obyvateľov. Rozsiahla výstavba dobre izolovaných a utesnených domov v priemyselných krajinách na severe viedla k tomu, že radón sa stal hlavným zdrojom radiácie na pozadí v niektorých komunitách v severnej Severnej Amerike a Európe. Niektoré stavebné materiály, ako je ľahký betón s bridlicovým kamencom, fosfosádra a taliansky tuf, môžu uvoľňovať radón, ak obsahujú rádium a sú porézne pre plyn.
Ožiarenie radónom je nepriame. Radón má krátky polčas rozpadu (4 dni) a rozpadá sa na iné pevné častice rádioaktívnych nuklidov radu rádia. Tieto rádioaktívne prvky sú vdýchnuté a zostávajú v pľúcach, čo spôsobuje dlhotrvajúcu expozíciu. Preto sa radón považuje za druhú hlavnú príčinu rakoviny pľúc po fajčení a je zodpovedný za 15 000 až 22 000 úmrtí na rakovinu ročne len v USA. Diskusia o opačných experimentálnych výsledkoch však stále prebieha.
Väčšina atmosférického pozadia je spôsobená radónom a produktmi jeho rozpadu. V gama spektre sú viditeľné vrcholy pri 609, 1120 a 1764 keV, ktoré patria bizmutu-214, produktu rozpadu radónu. Atmosférické pozadie silne závisí od smeru vetra a meteorologických podmienok. Radón sa môže zo zeme uvoľniť aj nárazovo a následne vytvoriť „radónové oblaky“, ktoré môžu prejsť desiatky kilometrov.
Pozadie priestoru
Zem a všetko živé na nej je neustálebombardované žiarením z vesmíru. Toto žiarenie pozostáva hlavne z kladne nabitých iónov, od protónov po železo, a väčších jadier produkovaných mimo našej slnečnej sústavy. Toto žiarenie interaguje s atómami v atmosfére a vytvára sekundárny prúd vzduchu vrátane röntgenových lúčov, miónov, protónov, alfa častíc, piónov, elektrónov a neutrónov.
Priama dávka kozmického žiarenia pochádza najmä z miónov, neutrónov a elektrónov a v rôznych častiach sveta sa líši v závislosti od geomagnetického poľa a nadmorskej výšky. Napríklad mesto Denver v Spojených štátoch (v nadmorskej výške 1 650 metrov) dostáva približne dvojnásobnú dávku kozmického žiarenia ako v bode na úrovni mora.
Toto žiarenie je oveľa silnejšie v hornej troposfére vo vzdialenosti asi 10 km, a preto je obzvlášť znepokojujúce pre členov posádky a pravidelných cestujúcich, ktorí v tomto prostredí trávia veľa hodín ročne. Podľa rôznych štúdií dostávajú posádky leteckých spoločností počas letov zvyčajne ďalšiu pracovnú dávku v rozsahu od 2,2 mSv (220 mrem) za rok do 2,19 mSv/rok.
Žiarenie na obežnej dráhe
Podobne kozmické žiarenie spôsobuje vyššiu expozíciu pozadia u astronautov ako u ľudí na zemskom povrchu. Astronauti pracujúci na nízkych obežných dráhach, ako napríklad zamestnanci medzinárodných vesmírnych staníc alebo raketoplánov, sú čiastočne chránení magnetickým poľom Zeme, ale trpia aj takzvaným Van Allenovým pásom, ktorý je výsledkom zemského magnetického poľa. Mimo nízkej obežnej dráhy Zeme, naprzažili astronauti Apolla cestujúci na Mesiac, toto žiarenie pozadia je oveľa intenzívnejšie a predstavuje významnú prekážku potenciálnemu budúcemu dlhodobému ľudskému skúmaniu Mesiaca alebo Marsu.
Kozmické vplyvy spôsobujú aj elementárnu transmutáciu v atmosfére, pri ktorej sa nimi generované sekundárne žiarenie spája s atómovými jadrami v atmosfére a vytvára rôzne nuklidy. Môže sa vyrobiť veľa takzvaných kozmogénnych nuklidov, ale pravdepodobne najpozoruhodnejší je uhlík-14, ktorý vzniká interakciou s atómami dusíka. Tieto kozmogénne nuklidy sa nakoniec dostanú na povrch Zeme a môžu sa začleniť do živých organizmov. Produkcia týchto nuklidov sa počas krátkodobých metamorfóz slnečného toku mierne líši, ale považuje sa za prakticky konštantnú vo veľkých mierkach - od tisícok po milióny rokov. Konštantná produkcia, zabudovanie a relatívne krátky polčas rozpadu uhlíka-14 sú princípy používané pri rádiokarbónovom datovaní starých biologických materiálov, ako sú drevené artefakty alebo ľudské pozostatky.
Gamma lúče
Kozmické žiarenie na hladine mora sa typicky javí ako 511 keV gama žiarenie z pozitrónovej anihilácie vytvorené jadrovými reakciami vysokoenergetických častíc a gama lúčov. Vo vysokých nadmorských výškach je prínosom aj súvislé spektrum brzdného žiarenia. Preto je medzi vedcami otázka slnečného žiarenia a radiačnej rovnováhy považovaná za veľmi dôležitú.
Žiarenie vo vnútri tela
Dva najdôležitejšie prvky, ktoré tvoria ľudské telo, menovite draslík a uhlík, obsahujú izotopy, ktoré výrazne zvyšujú našu dávku žiarenia na pozadí. To znamená, že môžu byť aj zdrojmi rádioaktívneho žiarenia.
Nebezpečné chemické prvky a zlúčeniny majú tendenciu sa hromadiť. Priemerné ľudské telo obsahuje asi 17 miligramov draslíka-40 (40K) a asi 24 nanogramov (10-8 g) uhlíka-14 (14C) (polčas rozpadu - 5 730 rokov). S výnimkou vnútornej kontaminácie vonkajšími rádioaktívnymi materiálmi sú tieto dva prvky najväčšou zložkou vnútornej expozície biologicky funkčným zložkám ľudského tela. Približne 4 000 jadier sa rozkladá rýchlosťou 40 K za sekundu a rovnaký počet pri 14 °C. Energia beta častíc vytvorených pri 40 K je približne 10-krát väčšia ako energia beta častíc vytvorených pri 14 C.
14C je prítomný v ľudskom tele v množstve približne 3 700 Bq (0,1 µCi) s biologickým polčasom 40 dní. To znamená, že rozpad 14C produkuje asi 3 700 beta častíc za sekundu. Približne polovica ľudských buniek obsahuje atóm 14C.
Celosvetová priemerná vnútorná dávka iných rádionuklidov ako radónu a produktov jeho rozpadu je 0,29 mSv/rok, z čoho 0,17 mSv/rok je pri 40K, 0,12 mSv/rok pochádza z uránového radu a tória a /12 μSv rok - od 14C. Je tiež potrebné poznamenať, že lekárske röntgenové prístroje sú tiež častorádioaktívne, ale ich žiarenie nie je pre ľudí nebezpečné.
