Una sorgente radioattiva è una certa quantità di radionuclide che emette radiazioni ionizzanti. Quest'ultimo di solito include raggi gamma, particelle alfa e beta e radiazioni di neutroni.
Ruolo delle fonti
Possono essere utilizzati per irraggiamento, quando la radiazione svolge una funzione ionizzante, o come sorgente di radiazione metrologica per la calibrazione del processo radiometrico e della strumentazione. Sono inoltre utilizzati per monitorare processi industriali come la misurazione dello spessore nell'industria della carta e dell'acciaio. Le sorgenti possono essere sigillate in un contenitore (radiazioni ad alta penetrazione) o depositate su una superficie (radiazioni a bassa penetrazione) o in un liquido.
Significato e applicazione
Come fonte di radiazioni, sono utilizzati in medicina per la radioterapia e nell'industria per la radiografia, l'irradiazionereticolazione per irradiazione alimentare, sterilizzazione, disinfestazione e PVC.
Radionuclidi
I radionuclidi vengono selezionati in base al tipo e alla natura della radiazione, alla sua intensità e alla sua emivita. Fonti comuni di radionuclidi includono cob alto-60, iridio-192 e stronzio-90. La misura della quantità di attività della sorgente SI è il Becquerel, sebbene l'unità storica Curie sia ancora in uso parziale, ad esempio negli Stati Uniti, nonostante il NIST statunitense raccomandi fortemente l'uso dell'unità SI. Per motivi sanitari, è obbligatorio nell'UE.
Vita
Una sorgente di radiazioni in genere vive da 5 a 15 anni prima che la sua attività scenda a un livello di sicurezza. Tuttavia, quando sono disponibili radionuclidi con lunga emivita, possono essere usati come strumenti di calibrazione per molto più tempo.
Chiuso e nascosto
Molte sorgenti radioattive sono chiuse. Ciò significa che sono permanentemente o completamente contenuti nella capsula o saldamente legati da un solido alla superficie. Le capsule sono generalmente realizzate in acciaio inossidabile, titanio, platino o altro metallo inerte. L'uso di sorgenti sigillate elimina praticamente tutti i rischi di dispersione di materiale radioattivo nell'ambiente a causa di una manipolazione impropria, ma il contenitore non è progettato per attenuare le radiazioni, quindi è necessaria una schermatura aggiuntiva per la protezione dalle radiazioni. Quelli chiusi vengono utilizzati anche in quasi tutti i casi in cui non lo sonoè richiesta l'incorporazione chimica o fisica in un liquido o gas.
Le sorgenti sigillate sono classificate dall'AIEA in base alle loro attività in relazione a un oggetto radioattivo minimamente pericoloso (che può causare danni significativi alle persone). Il rapporto utilizzato è A/D, dove A è l'attività sorgente e D è l'attività pericolosa minima.
Si prega di notare che le sorgenti con una resa radioattiva sufficientemente bassa (come quelle utilizzate nei rilevatori di fumo) per non danneggiare gli esseri umani non sono classificate.
Capsule
Le sorgenti a capsula, in cui la radiazione proviene effettivamente da un punto, vengono utilizzate per calibrare gli strumenti a raggi X, gamma e beta. Recentemente sono diventati impopolari sia come oggetti industriali che come oggetti di studio.
Molle a piastre
Sono ampiamente utilizzati per la calibrazione di strumenti di contaminazione radioattiva. Cioè, infatti, svolgono il ruolo di una specie di contatori miracolosi.
A differenza di una sorgente a capsula, lo sfondo emesso da una sorgente a piastra deve essere sulla superficie per evitare che il contenitore sbiadisca o si autoschermi a causa della natura del materiale. Ciò è particolarmente importante per le particelle alfa, che vengono facilmente bloccate da una piccola massa. La curva di Bragg mostra l'effetto dello smorzamento nell'aria atmosferica.
Non aperto
Le fonti non aperte sono quelle che non sono in un contenitore sigillato in modo permanente e sono ampiamente utilizzate per scopi medici. Si applicano nei casiquando la fonte deve essere disciolta in un liquido per iniezione in un paziente o per ingestione. Sono utilizzati anche nell'industria in modo simile per il rilevamento di perdite come tracciante radioattivo.
Riciclaggio e aspetti ambientali
Lo sm altimento delle sorgenti radioattive scadute pone problemi simili allo sm altimento di altre scorie nucleari, anche se in misura minore. Le fonti di basso livello esaurite a volte saranno abbastanza inattive da essere sm altite utilizzando i normali metodi di sm altimento dei rifiuti, di solito nelle discariche. Altri metodi di sm altimento sono simili a quelli utilizzati per i rifiuti radioattivi di livello superiore, utilizzando profondità di trivellazione diverse a seconda dell'attività dei rifiuti.
Un noto caso di manipolazione negligente di un tale oggetto è stato un incidente a Goiania, che ha portato alla morte di diverse persone.
Radiazione di fondo
La radiazione di fondo è sempre presente sulla Terra. La maggior parte della radiazione di fondo proviene naturalmente da minerali, mentre una piccola parte proviene da elementi artificiali. I minerali radioattivi naturali presenti nella terra, nel suolo e nell'acqua producono radiazioni di fondo. Il corpo umano contiene anche alcuni di questi minerali radioattivi naturali. La radiazione cosmica contribuisce anche alla radiazione di fondo che ci circonda. Ci possono essere grandi variazioni nei livelli di radiazione di fondo naturale da un luogo all' altro, nonché cambiamenti nella stessa posizione nel tempo. I radioisotopi naturali sono uno sfondo molto forteemettitori.
Radiazione cosmica
La radiazione cosmica proviene da particelle estremamente energetiche provenienti dal Sole e dalle stelle che entrano nell'atmosfera terrestre. Cioè, questi corpi celesti possono essere chiamati sorgenti di radiazioni radioattive. Alcune particelle colpiscono il suolo, mentre altre interagiscono con l'atmosfera, creando vari tipi di radiazioni. I livelli aumentano man mano che ci si avvicina a un oggetto radioattivo, quindi la quantità di radiazione cosmica di solito aumenta in proporzione alla salita. Maggiore è l' altitudine, maggiore è la dose. Questo è il motivo per cui coloro che vivono a Denver, in Colorado (5.280 piedi) ricevono una dose annuale di radiazioni dalle radiazioni cosmiche più alta di chiunque viva al livello del mare (0 piedi).
L'estrazione dell'uranio in Russia rimane un argomento controverso e "caldo", perché questo lavoro è estremamente pericoloso. Naturalmente, l'uranio e il torio presenti nella terra sono chiamati radionuclidi primari e sono una fonte di radiazione terrestre. Tracce di uranio, torio e dei loro prodotti di decadimento possono essere trovate ovunque. Ulteriori informazioni sul decadimento radioattivo. I livelli di radiazione terrestre variano in base alla posizione, ma le aree con concentrazioni più elevate di uranio e torio nei suoli superficiali presentano tipicamente livelli di dose più elevati. Pertanto, le persone coinvolte nell'estrazione dell'uranio in Russia sono a grande rischio.
Radiazioni e persone
Tracce di sostanze radioattive possono essere trovate nel corpo umano (principalmente potassio-40 naturale). L'elemento si trova nel cibo, nel suolo e nell'acqua, che noiaccettare. I nostri corpi contengono piccole quantità di radiazioni perché il corpo metabolizza le forme non radioattive e radioattive di potassio e altri elementi allo stesso modo.
Una piccola frazione della radiazione di fondo proviene dalle attività umane. Tracce di elementi radioattivi sono state disperse nell'ambiente a seguito di test sulle armi nucleari e incidenti come quello verificatosi presso la centrale nucleare di Chernobyl in Ucraina. I reattori nucleari rilasciano piccole quantità di elementi radioattivi. Anche i materiali radioattivi utilizzati nell'industria e persino in alcuni prodotti di consumo emettono piccole quantità di radiazioni di fondo.
Siamo tutti esposti ogni giorno alle radiazioni provenienti da fonti naturali, come i minerali presenti nella terra, e da fonti artificiali, come i raggi X medici. Secondo il National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP), l'esposizione umana media annua alle radiazioni negli Stati Uniti è di 620 millirem (6,2 millisievert).
Nella natura
Le sostanze radioattive si trovano spesso in natura. Alcuni di essi si trovano nel suolo, nelle rocce, nell'acqua, nell'aria e nella vegetazione, da cui vengono inalati e ingeriti. Oltre a questa esposizione interna, gli esseri umani ricevono anche l'esposizione esterna da materiali radioattivi che rimangono all'esterno del corpo e dalle radiazioni cosmiche dallo spazio. La dose naturale giornaliera media per l'uomo è di circa 2,4 mSv (240 mrem) all'anno.
Questo è quattro volte ill'esposizione media globale alle radiazioni artificiali nel mondo, che nel 2008 era di circa 0,6 mrem (60 Rem) all'anno. In alcuni paesi ricchi, come gli Stati Uniti e il Giappone, l'esposizione artificiale supera in media l'esposizione naturale a causa del maggiore accesso a strumentazione medica specifica. In Europa, l'esposizione media di fondo naturale tra i paesi varia da 2 mSv (200 mrem) all'anno nel Regno Unito a oltre 7 mSv (700 mrem) per alcuni gruppi di persone in Finlandia.
Esposizione quotidiana
L'esposizione da fonti naturali è parte integrante della vita quotidiana sia al lavoro che nei luoghi pubblici. Tali esposizioni sono nella maggior parte dei casi di scarsa o nessuna preoccupazione pubblica, ma in determinate situazioni è necessario tenere conto delle misure di protezione della salute, ad esempio quando si lavora con minerali di uranio e torio e altri materiali radioattivi naturali (NORM). Queste situazioni sono diventate il centro dell'attenzione dell'Agenzia negli ultimi anni. E questo, senza citare gli esempi di incidenti con rilascio di sostanze radioattive, come il disastro della centrale nucleare di Chernobyl e di Fukushima, che ha costretto scienziati e politici di tutto il mondo a riconsiderare il loro atteggiamento nei confronti dell'"atomo pacifico".
Radiazioni della Terra
La radiazione terrestre include solo le sorgenti che rimangono esterne al corpo. Ma allo stesso tempo continuano ad essere pericolose fonti di radiazioni radioattive. I principali radionuclidi preoccupanti sono potassio, uranio e torio, i loro prodotti di decadimento. Ealcuni, come il radio e il radon, sono altamente radioattivi ma si trovano a basse concentrazioni. Il numero di questi oggetti è stato inesorabilmente ridotto dalla formazione della Terra. L'attuale attività di radiazione associata alla presenza di uranio-238 è la metà rispetto all'inizio dell'esistenza del nostro pianeta. Ciò è dovuto alla sua emivita di 4,5 miliardi di anni e per il potassio-40 (emivita di 1,25 miliardi di anni) è solo l'8% circa dell'originale. Ma durante l'esistenza dell'umanità, la quantità di radiazioni è leggermente diminuita.
Molti isotopi con emivite più brevi (e quindi radioattività elevata) non sono decaduti a causa della loro costante produzione naturale. Esempi di ciò sono il radio-226 (il prodotto di decadimento del torio-230 nella catena di decadimento dell'uranio-238) e il radon-222 (il prodotto di decadimento del radio-226 in quella catena).
Torio e uranio
Gli elementi chimici radioattivi torio e uranio subiscono principalmente decadimento alfa e beta e non sono facili da rilevare. Questo li rende molto pericolosi. Tuttavia, lo stesso si può dire della radiazione protonica. Tuttavia, molti dei loro derivati laterali di questi elementi sono anche potenti emettitori gamma. Il torio-232 viene rilevato con il picco di 239 keV dal piombo-212, 511, 583 e 2614 keV dal tallio-208 e 911 e 969 keV dall'attinio-228. L'elemento chimico radioattivo Uranio-238 appare come bismuto-214 picchi a 609, 1120 e 1764 keV (vedi stesso picco per il radon atmosferico). Il potassio-40 viene rilevato direttamente attraverso il picco gamma 1461keV.
Il livello sopra il mare e altri grandi specchi d'acqua tende ad essere circa un decimo del fondo terrestre. Al contrario, le aree costiere (e le regioni vicine all'acqua dolce) possono avere un contributo aggiuntivo dai sedimenti sparsi.
Radon
La più grande fonte di radiazioni radioattive in natura è il radon nell'aria, un gas radioattivo rilasciato dalla terra. Il radon e i suoi isotopi, i radionuclidi progenitori e i prodotti di decadimento contribuiscono alla dose media respirabile di 1,26 mSv/anno (millisievert all'anno). Il radon è distribuito in modo non uniforme e varia con il tempo, quindi in molte parti del mondo vengono utilizzate dosi molto più elevate in cui rappresenta un rischio significativo per la salute. All'interno di edifici in Scandinavia, Stati Uniti, Iran e Repubblica Ceca sono state riscontrate concentrazioni 500 volte superiori alla media mondiale. Il radon è un prodotto di decadimento dell'uranio relativamente comune nella crosta terrestre, ma più concentrato nelle rocce contenenti minerali sparse per il mondo. Il radon fuoriesce da questi minerali nell'atmosfera o nelle acque sotterranee e penetra anche negli edifici. Può essere inalato nei polmoni insieme ai prodotti di decomposizione, dove rimarranno per qualche tempo dopo l'esposizione. Per questo motivo, il radon è classificato come una fonte naturale di radiazioni.
Esposizione al radon
Sebbene il radon sia presente in natura, i suoi effetti possono essere aumentati o diminuiti dalle attività umane, come la costruzione di una casa. Cantina scarsamente sigillataUna casa ben isolata può portare all'accumulo di radon all'interno della casa, mettendo a rischio i suoi occupanti. La costruzione diffusa di case ben isolate e sigillate nei paesi industrializzati del nord ha portato il radon a diventare una delle principali fonti di radiazioni di fondo in alcune comunità del Nord America settentrionale e dell'Europa. Alcuni materiali da costruzione, come il calcestruzzo leggero con allume di scisto, fosfogesso e tufo italiano, possono rilasciare radon se contengono radio e sono porosi ai gas.
L'esposizione alle radiazioni da radon è indiretta. Il radon ha una breve emivita (4 giorni) e decade in altre particelle solide di nuclidi radioattivi della serie del radio. Questi elementi radioattivi vengono inalati e rimangono nei polmoni, causando un'esposizione prolungata. Pertanto, si ritiene che il radon sia la seconda causa di cancro ai polmoni dopo il fumo ed è responsabile di tra 15.000 e 22.000 decessi per cancro all'anno solo negli Stati Uniti. Tuttavia, la discussione sui risultati sperimentali opposti è ancora in corso.
La maggior parte del sottofondo atmosferico è causato dal radon e dai suoi prodotti di decadimento. Lo spettro gamma mostra picchi notevoli a 609, 1120 e 1764 keV, che appartengono al bismuto-214, un prodotto di decadimento del radon. Lo sfondo atmosferico dipende fortemente dalla direzione del vento e dalle condizioni meteorologiche. Il radon può anche essere rilasciato dal suolo a raffiche e quindi formare "nubi di radon" che possono viaggiare per decine di chilometri.
Sfondo spaziale
La terra e tutti gli esseri viventi su di essa sono costantementebombardato da radiazioni dallo spazio. Questa radiazione è costituita principalmente da ioni carichi positivamente, dai protoni al ferro, e da nuclei più grandi prodotti al di fuori del nostro sistema solare. Questa radiazione interagisce con gli atomi nell'atmosfera, creando un flusso d'aria secondario, inclusi raggi X, muoni, protoni, particelle alfa, pioni, elettroni e neutroni.
La dose diretta di radiazione cosmica proviene principalmente da muoni, neutroni ed elettroni e varia in diverse parti del mondo a seconda del campo geomagnetico e dell' altitudine. Ad esempio, la città di Denver negli Stati Uniti (a un' altitudine di 1.650 metri) riceve circa il doppio della dose di raggi cosmici rispetto a un punto al livello del mare.
Questa radiazione è molto più forte nella troposfera superiore a circa 10 km e quindi è di particolare interesse per i membri dell'equipaggio e i passeggeri regolari che trascorrono molte ore all'anno in questo ambiente. Durante i loro voli, gli equipaggi delle compagnie aeree ricevono in genere una dose professionale aggiuntiva che va da 2,2 mSv (220 mrem) all'anno a 2,19 mSv/anno, secondo vari studi.
Radiazioni in orbita
Allo stesso modo, i raggi cosmici causano una maggiore esposizione di fondo per gli astronauti rispetto agli esseri umani sulla superficie terrestre. Gli astronauti che lavorano in orbite basse, come i dipendenti delle stazioni spaziali internazionali o delle navette, sono parzialmente protetti dal campo magnetico terrestre, ma soffrono anche della cosiddetta cintura di Van Allen, che è il risultato del campo magnetico terrestre. Al di fuori dell'orbita terrestre bassa, tiposperimentata dagli astronauti dell'Apollo in viaggio verso la Luna, questa radiazione di fondo è molto più intensa e rappresenta una barriera significativa alla potenziale futura esplorazione umana a lungo termine della Luna o di Marte.
Le influenze cosmiche causano anche la trasmutazione elementare nell'atmosfera, in cui la radiazione secondaria da esse generata si combina con i nuclei atomici nell'atmosfera, formando vari nuclidi. Possono essere prodotti molti cosiddetti nuclidi cosmogenici, ma probabilmente il più notevole è il carbonio-14, che è formato dall'interazione con atomi di azoto. Questi nuclidi cosmogenici alla fine raggiungono la superficie terrestre e possono essere incorporati negli organismi viventi. La produzione di questi nuclidi varia leggermente durante le metamorfosi del flusso solare a breve termine, ma è considerata praticamente costante su larga scala, da migliaia a milioni di anni. La produzione costante, l'incorporazione e l'emivita relativamente breve del carbonio-14 sono i principi utilizzati nella datazione al radiocarbonio di antichi materiali biologici come manufatti in legno o resti umani.
Raggi gamma
La radiazione cosmica al livello del mare appare tipicamente come radiazione gamma di 511 keV dall'annichilazione di positroni creata dalle reazioni nucleari di particelle ad alta energia e raggi gamma. Ad alta quota, c'è anche un contributo dallo spettro continuo di bremsstrahlung. Pertanto, tra gli scienziati, la questione della radiazione solare e del bilancio della radiazione è considerata molto importante.
Radiazioni all'interno del corpo
I due elementi più importanti che compongono il corpo umano, vale a dire potassio e carbonio, contengono isotopi che aumentano notevolmente la nostra dose di radiazione di fondo. Ciò significa che possono anche essere sorgenti di radiazioni radioattive.
Elementi e composti chimici pericolosi tendono ad accumularsi. Il corpo umano medio contiene circa 17 milligrammi di potassio-40 (40K) e circa 24 nanogrammi (10-8 g) di carbonio-14 (14C) (emivita - 5.730 anni). Escludendo la contaminazione interna da materiali radioattivi esterni, questi due elementi sono i maggiori componenti dell'esposizione interna ai componenti biologicamente funzionali del corpo umano. Circa 4.000 nuclei decadono a 40K al secondo e lo stesso numero a 14C. L'energia delle particelle beta formate a 40K è circa 10 volte maggiore di quella delle particelle beta formate a 14C.
14C è presente nel corpo umano a circa 3.700 Bq (0,1 µCi) con un'emivita biologica di 40 giorni. Ciò significa che il decadimento del 14°C produce circa 3.700 particelle beta al secondo. Circa la metà delle cellule umane contiene un atomo di 14C.
La dose interna media globale di radionuclidi diversi dal radon e dai suoi prodotti di decadimento è 0,29 mSv/anno, di cui 0,17 mSv/anno è a 40 K, 0,12 mSv/anno proviene dalla serie dell'uranio e dal torio e 12 μSv / anno - dal 14C. Vale anche la pena notare che anche le macchine a raggi X mediche sono spessoradioattivo, ma la loro radiazione non è pericolosa per l'uomo.
