Sorgenti di raggi X. Un tubo a raggi X è una fonte di radiazioni ionizzanti?

2024 Autore: Angel Austin | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 17:49

Nel corso della storia della vita sulla Terra, gli organismi sono stati costantemente esposti ai raggi cosmici e ai radionuclidi da essi formati nell'atmosfera, nonché alle radiazioni di sostanze onnipresenti in natura. La vita moderna si è adattata a tutte le caratteristiche e ai limiti dell'ambiente, comprese le sorgenti naturali di raggi X.

Sebbene alti livelli di radiazioni siano certamente dannosi per gli organismi, alcuni tipi di radiazioni sono essenziali per la vita. Ad esempio, la radiazione di fondo ha contribuito ai processi fondamentali dell'evoluzione chimica e biologica. È anche ovvio il fatto che il calore del nucleo terrestre è fornito e mantenuto dal calore di decadimento dei radionuclidi primari naturali.

Raggi cosmici

Si chiama la radiazione di origine extraterrestre che bombarda continuamente la Terraspazio.

Il fatto che questa radiazione penetrante raggiunga il nostro pianeta dallo spazio esterno, e non dalla Terra, è stato scoperto in esperimenti per misurare la ionizzazione a varie altitudini, dal livello del mare a 9000 m. È stato riscontrato che l'intensità delle radiazioni ionizzanti diminuì fino ad un' altezza di 700 m, per poi aumentare rapidamente con la salita. La diminuzione iniziale può essere spiegata da una diminuzione dell'intensità dei raggi gamma terrestri e da un aumento dall'azione dei raggi cosmici.

Le sorgenti di raggi X nello spazio sono le seguenti:

• gruppi di galassie;
• Galassie di Seyfert;
• Dom;
• stelle;
• quasar;
• buchi neri;
• resti di supernova;
• nane bianche;
• stelle scure, ecc.

La prova di tale radiazione, ad esempio, è un aumento dell'intensità dei raggi cosmici osservato sulla Terra dopo i brillamenti solari. Ma la nostra stella non fornisce il contributo principale al flusso totale, poiché le sue variazioni giornaliere sono molto piccole.

Due tipi di raggi

I raggi cosmici sono divisi in primari e secondari. La radiazione che non interagisce con la materia nell'atmosfera, nella litosfera o nell'idrosfera della Terra è chiamata primaria. È costituito da protoni (≈ 85%) e particelle alfa (≈ 14%), con flussi molto più piccoli (< 1%) di nuclei più pesanti. I raggi X cosmici secondari, le cui sorgenti di radiazione sono la radiazione primaria e l'atmosfera, sono composti da particelle subatomiche come pioni, muoni eelettroni. A livello del mare, quasi tutta la radiazione osservata è costituita da raggi cosmici secondari, il 68% dei quali sono muoni e il 30% sono elettroni. Meno dell'1% del flusso al livello del mare è costituito da protoni.

I raggi cosmici primari, di regola, hanno un'enorme energia cinetica. Sono caricati positivamente e guadagnano energia accelerando nei campi magnetici. Nel vuoto dello spazio esterno, le particelle cariche possono esistere a lungo e viaggiare per milioni di anni luce. Durante questo volo, acquisiscono un'elevata energia cinetica, dell'ordine di 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Le singole particelle hanno energie fino a 10^{10 GeV.}

Le alte energie dei raggi cosmici primari consentono loro di dividere letteralmente gli atomi nell'atmosfera terrestre quando entrano in collisione. Insieme a neutroni, protoni e particelle subatomiche, si possono formare elementi leggeri come idrogeno, elio e berillio. I muoni sono sempre carichi e decadono rapidamente in elettroni o positroni.

Scudo magnetico

L'intensità dei raggi cosmici aumenta bruscamente con l'ascesa fino a raggiungere un massimo ad una quota di circa 20 km. Da 20 km al confine dell'atmosfera (fino a 50 km) l'intensità diminuisce.

Questo schema è spiegato da un aumento della produzione di radiazioni secondarie come risultato di un aumento della densità dell'aria. Ad un' altitudine di 20 km, la maggior parte della radiazione primaria è già entrata in interazione e la diminuzione dell'intensità da 20 km al livello del mare riflette l'assorbimento dei raggi secondari.atmosfera, equivalente a circa 10 metri d'acqua.

L'intensità della radiazione è anche correlata alla latitudine. Alla stessa quota, il flusso cosmico aumenta dall'equatore fino a una latitudine di 50–60° e rimane costante fino ai poli. Ciò è spiegato dalla forma del campo magnetico terrestre e dalla distribuzione dell'energia della radiazione primaria. Le linee del campo magnetico che si estendono oltre l'atmosfera sono solitamente parallele alla superficie terrestre all'equatore e perpendicolari ai poli. Le particelle cariche si muovono facilmente lungo le linee del campo magnetico, ma difficilmente lo superano nella direzione trasversale. Dai poli a 60°, praticamente tutta la radiazione primaria raggiunge l'atmosfera terrestre e all'equatore solo le particelle con energie superiori a 15 GeV possono penetrare nello scudo magnetico.

Sorgenti di raggi X secondarie

Come risultato dell'interazione dei raggi cosmici con la materia, viene continuamente prodotta una quantità significativa di radionuclidi. La maggior parte di essi sono frammenti, ma alcuni sono formati dall'attivazione di atomi stabili da parte di neutroni o muoni. La produzione naturale di radionuclidi nell'atmosfera corrisponde all'intensità della radiazione cosmica in altezza e latitudine. Circa il 70% ha origine nella stratosfera e il 30% nella troposfera.

Con l'eccezione di H-3 e C-14, i radionuclidi si trovano solitamente in concentrazioni molto basse. Il trizio viene diluito e miscelato con acqua e H-2 e il C-14 si combina con l'ossigeno per formare CO_{2, che si mescola con l'anidride carbonica atmosferica. Il carbonio-14 entra nelle piante attraverso la fotosintesi.}

Radiazioni della Terra

Dei molti radionuclidi che si sono formati con la Terra, solo pochi hanno un'emivita abbastanza lunga da spiegare la loro attuale esistenza. Se il nostro pianeta si fosse formato circa 6 miliardi di anni fa, avrebbero bisogno di un'emivita di almeno 100 milioni di anni per rimanere in quantità misurabili. Dei radionuclidi primari finora scoperti, tre sono della massima importanza. La sorgente di raggi X è K-40, U-238 e Th-232. L'uranio e il torio formano ciascuno una catena di prodotti di decadimento che sono quasi sempre in presenza dell'isotopo originale. Sebbene molti dei radionuclidi figli siano di breve durata, sono comuni nell'ambiente poiché sono costantemente formati da materiali progenitori di lunga durata.

Altre sorgenti di raggi X primordiali di lunga durata, in breve, sono in concentrazioni molto basse. Questi sono Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, ecc. I neutroni presenti in natura formano molti altri radionuclidi, ma la loro concentrazione è generalmente molto bassa. La cava di Oklo in Gabon, in Africa, contiene le prove di un "reattore naturale" in cui sono avvenute reazioni nucleari. L'esaurimento dell'U-235 e la presenza di prodotti di fissione all'interno di un ricco deposito di uranio indicano che qui avvenne una reazione a catena spontaneamente indotta circa 2 miliardi di anni fa.

Sebbene i radionuclidi primordiali siano onnipresenti, la loro concentrazione varia in base alla posizione. PrincipaleIl serbatoio della radioattività naturale è la litosfera. Inoltre, cambia in modo significativo all'interno della litosfera. A volte è associato a determinati tipi di composti e minerali, a volte è puramente regionale, con poca correlazione con tipi di rocce e minerali.

La distribuzione dei radionuclidi primari e dei loro prodotti di decadimento della progenie negli ecosistemi naturali dipende da molti fattori, comprese le proprietà chimiche dei nuclidi, i fattori fisici dell'ecosistema e gli attributi fisiologici ed ecologici della flora e della fauna. L'erosione delle rocce, il loro serbatoio principale, fornisce al suolo U, Th e K. Anche i prodotti di decomposizione di Th e U prendono parte a questo trasferimento. Dal suolo, K, Ra, un po' U e pochissimo Th vengono assorbiti dalle piante. Usano il potassio-40 allo stesso modo del K stabile. Il radio, un prodotto di decadimento dell'U-238, viene utilizzato dalla pianta, non perché sia un isotopo, ma perché è chimicamente vicino al calcio. L'assorbimento di uranio e torio da parte delle piante è generalmente trascurabile poiché questi radionuclidi sono generalmente insolubili.

Radon

La più importante di tutte le fonti di radiazioni naturali è l'elemento insapore e inodore, un gas invisibile che è 8 volte più pesante dell'aria, il radon. È costituito da due isotopi principali: il radon-222, uno dei prodotti di decadimento dell'U-238, e il radon-220, formatosi durante il decadimento di Th-232.

Rocce, suolo, piante, animali emettono radon nell'atmosfera. Il gas è un prodotto di decadimento del radio ed è prodotto in qualsiasi materialeche lo contiene. Poiché il radon è un gas inerte, può essere rilasciato dalle superfici che entrano in contatto con l'atmosfera. La quantità di radon che fuoriesce da una data massa di roccia dipende dalla quantità di radio e dalla superficie. Più piccola è la roccia, più radon può rilasciare. La concentrazione di Rn nell'aria vicino ai materiali contenenti radio dipende anche dalla velocità dell'aria. Negli scantinati, nelle grotte e nelle miniere con scarsa circolazione dell'aria, le concentrazioni di radon possono raggiungere livelli significativi.

Rn decade abbastanza rapidamente e forma una serie di radionuclidi figli. Una volta formati nell'atmosfera, i prodotti di decomposizione del radon si combinano con le particelle di polvere fine che si depositano sul suolo e sulle piante e vengono anche inalate dagli animali. Le precipitazioni sono particolarmente efficaci nell'eliminare gli elementi radioattivi dall'aria, ma anche l'impatto e la sedimentazione delle particelle di aerosol contribuiscono alla loro deposizione.

Nei climi temperati le concentrazioni di radon indoor sono in media da 5 a 10 volte superiori a quelle all'aperto.

Negli ultimi decenni, l'uomo ha prodotto "artificialmente" diverse centinaia di radionuclidi, raggi X associati, sorgenti, proprietà che hanno applicazioni in medicina, militare, produzione di energia, strumentazione ed esplorazione mineraria.

Gli effetti individuali delle sorgenti di radiazioni artificiali variano notevolmente. La maggior parte delle persone riceve una dose relativamente piccola di radiazioni artificiali, ma alcune ricevono molte migliaia di volte le radiazioni da fonti naturali. Le fonti artificiali sono miglioricontrollato che naturale.

Fonti di raggi X in medicina

Nell'industria e nella medicina, di norma, vengono utilizzati solo radionuclidi puri, il che semplifica l'identificazione dei percorsi di perdita dai siti di stoccaggio e il processo di sm altimento.

L'uso delle radiazioni in medicina è diffuso e ha il potenziale per avere un impatto significativo. Include sorgenti di raggi X utilizzate in medicina per:

• diagnostica;
• terapia;
• procedure analitiche;
• ritmo.

Per la diagnostica vengono utilizzate sia sorgenti sigillate che un'ampia varietà di traccianti radioattivi. Le istituzioni mediche generalmente distinguono tra queste applicazioni come radiologia e medicina nucleare.

Un tubo a raggi X è una fonte di radiazioni ionizzanti? La tomografia computerizzata e la fluorografia sono procedure diagnostiche ben note che vengono eseguite con il suo aiuto. Inoltre, ci sono molte applicazioni delle sorgenti isotopiche nella radiografia medica, comprese le sorgenti gamma e beta e le sorgenti sperimentali di neutroni per i casi in cui le macchine a raggi X sono scomode, inadeguate o possono essere pericolose. Da un punto di vista ambientale, le radiazioni radiografiche non rappresentano un rischio fintanto che le sue sorgenti rimangono responsabili e adeguatamente sm altite. A questo proposito, la storia degli elementi di radio, degli aghi di radon e dei composti luminescenti contenenti radio non è incoraggiante.

Sorgenti di raggi X di uso comune basate su ⁹⁰Sro ¹⁴⁷ Pm. L'avvento di ^{252Cf come generatore di neutroni portatile ha reso ampiamente disponibile la radiografia a neutroni, sebbene in generale la tecnica sia ancora fortemente dipendente dalla disponibilità di reattori nucleari.}

Medicina nucleare

I principali rischi ambientali sono le etichette dei radioisotopi nella medicina nucleare e le sorgenti di raggi X. Esempi di influenze indesiderate sono i seguenti:

• irradiazione del paziente;
• irradiazione del personale ospedaliero;
• esposizione durante il trasporto di prodotti farmaceutici radioattivi;
• impatto durante la produzione;
• esposizione a scorie radioattive.

Negli ultimi anni, c'è stata una tendenza a ridurre l'esposizione dei pazienti attraverso l'introduzione di isotopi a vita più breve con un effetto più limitato e l'uso di farmaci più altamente localizzati.

L'emivita più breve riduce l'impatto delle scorie radioattive, poiché la maggior parte degli elementi a lunga vita viene escreta attraverso i reni.

L'impatto ambientale delle fognature non sembra dipendere dal fatto che il paziente sia ricoverato o ambulatoriale. Sebbene sia probabile che la maggior parte degli elementi radioattivi rilasciati sia di breve durata, l'effetto cumulativo supera di gran lunga i livelli di inquinamento di tutte le centrali nucleari messe insieme.

I radionuclidi più comunemente usati in medicina sono le sorgenti di raggi X:

• 99mTc – scansione del cranio e del cervello, scansione del sangue cerebrale, scansione del cuore, del fegato, dei polmoni, della tiroide, localizzazione placentare;
• 131I - sangue, scintigrafia epatica, localizzazione placentare, scintigrafia tiroidea e trattamento;
• 51Cr - determinazione della durata dell'esistenza dei globuli rossi o sequestro, volume del sangue;
• 57Co - Test Schilling;
• 32P – metastasi ossee.

L'uso diffuso di procedure di dosaggio radioimmunologico, analisi delle urine e altri metodi di ricerca che utilizzano composti organici marcati ha aumentato significativamente l'uso di preparati a scintillazione liquida. Le soluzioni di fosforo organico, generalmente a base di toluene o xilene, costituiscono un volume abbastanza elevato di rifiuti organici liquidi che devono essere sm altiti. La lavorazione in forma liquida è potenzialmente pericolosa e inaccettabile dal punto di vista ambientale. Per questo motivo è preferibile l'incenerimento dei rifiuti.

Poiché i longevi ³H o ^{14C si dissolvono facilmente nell'ambiente, la loro esposizione rientra nell'intervallo normale. Ma l'effetto cumulativo può essere significativo.}

Un altro uso medico dei radionuclidi è l'uso di batterie al plutonio per alimentare i pacemaker. Migliaia di persone sono vive oggi perché questi dispositivi aiutano il loro cuore a funzionare. Sorgenti sigillate di 238Pu (150 GBq) vengono impiantate chirurgicamente nei pazienti.

Raggi X industriali: sorgenti, proprietà, applicazioni

La medicina non è l'unico settore in cui questa parte dello spettro elettromagnetico ha trovato applicazione. I radioisotopi e le sorgenti di raggi X utilizzati nell'industria sono una parte significativa della situazione delle radiazioni tecnogeniche. Esempi di applicazione:

• radiografia industriale;
• misurazione delle radiazioni;
• rilevatori di fumo;
• materiali auto-luminosi;
• Cristallografia a raggi X;
• scanner per lo screening di bagagli e bagagli a mano;
• laser a raggi x;
• sincrotroni;
• ciclotroni.

Poiché la maggior parte di queste applicazioni prevede l'uso di isotopi incapsulati, l'esposizione alle radiazioni si verifica durante il trasporto, il trasferimento, la manutenzione e lo sm altimento.

Un tubo a raggi X è una fonte di radiazioni ionizzanti nell'industria? Sì, trova impiego nei sistemi di controllo non distruttivo aeroportuali, nello studio di cristalli, materiali e strutture, e nel controllo industriale. Negli ultimi decenni, le dosi di esposizione alle radiazioni nella scienza e nell'industria hanno raggiunto la metà del valore di questo indicatore in medicina; quindi il contributo è significativo.

Le sorgenti di raggi X incapsulate da sole hanno scarso effetto. Ma il loro trasporto e sm altimento sono preoccupanti quando vengono persi o erroneamente scaricati in una discarica. Tali fontiI raggi X sono generalmente forniti e installati come dischi o cilindri doppiamente sigillati. Le capsule sono realizzate in acciaio inossidabile e richiedono un controllo periodico per la tenuta. Il loro sm altimento può essere un problema. Le sorgenti di breve durata possono essere immagazzinate e degradate, ma anche in questo caso devono essere adeguatamente contabilizzate e il materiale attivo residuo deve essere sm altito presso una struttura autorizzata. In caso contrario, le capsule dovrebbero essere inviate a istituzioni specializzate. La loro potenza determina il materiale e le dimensioni della parte attiva della sorgente di raggi X.

Posizioni di archiviazione della sorgente di raggi X

Un problema crescente è lo smantellamento sicuro e la decontaminazione dei siti industriali dove in passato sono stati immagazzinati materiali radioattivi. Si tratta per lo più di vecchi impianti di ritrattamento nucleare, ma è necessario coinvolgere altri settori, come gli impianti per la produzione di insegne al trizio autoluminose.

Le sorgenti di basso livello di lunga durata, che sono molto diffuse, rappresentano un problema particolare. Ad esempio, 241Am viene utilizzato nei rilevatori di fumo. Oltre al radon, queste sono le principali fonti di radiazioni X nella vita di tutti i giorni. Singolarmente, non rappresentano alcun pericolo, ma un numero significativo di essi potrebbe presentare un problema in futuro.

Esplosioni nucleari

Negli ultimi 50 anni, tutti sono stati esposti alle radiazioni causate dai test sulle armi nucleari. Il loro picco era a1954-1958 e 1961-1962.

Nel 1963, tre paesi (URSS, USA e Gran Bretagna) hanno firmato un accordo sul divieto parziale dei test nucleari nell'atmosfera, nell'oceano e nello spazio. Nei due decenni successivi, Francia e Cina hanno condotto una serie di test molto più piccoli, che sono cessati nel 1980. I test sotterranei sono ancora in corso, ma generalmente non producono precipitazioni.

La contaminazione radioattiva da test atmosferici cade vicino al luogo dell'esplosione. Alcuni di loro rimangono nella troposfera e sono trasportati dal vento in tutto il mondo alla stessa latitudine. Mentre si muovono, cadono a terra, rimanendo circa un mese in aria. Ma la maggior parte viene spinta nella stratosfera, dove l'inquinamento rimane per molti mesi, e lentamente affonda in tutto il pianeta.

La ricaduta radioattiva include diverse centinaia di radionuclidi diversi, ma solo pochi di essi sono in grado di influenzare il corpo umano, quindi le loro dimensioni sono molto piccole e il decadimento è rapido. I più significativi sono C-14, Cs-137, Zr-95 e Sr-90.

Zr-95 ha un'emivita di 64 giorni, mentre Cs-137 e Sr-90 hanno circa 30 anni. Solo il carbonio-14, con un'emivita di 5730, rimarrà attivo molto nel futuro.

Energia nucleare

L'energia nucleare è la più controversa di tutte le fonti di radiazioni antropogeniche, ma contribuisce molto poco all'impatto sulla salute umana. Durante il normale funzionamento, gli impianti nucleari rilasciano nell'ambiente quantità trascurabili di radiazioni. Febbraio 2016C'erano 442 reattori nucleari operativi civili in 31 paesi e altri 66 erano in costruzione. Questa è solo una parte del ciclo di produzione del combustibile nucleare. Inizia con l'estrazione e la macinazione del minerale di uranio e continua con la produzione di combustibile nucleare. Dopo essere state utilizzate nelle centrali elettriche, le celle a combustibile vengono talvolta rielaborate per recuperare uranio e plutonio. Alla fine, il ciclo si conclude con lo sm altimento delle scorie nucleari. In ogni fase di questo ciclo, possono essere rilasciati materiali radioattivi.

Circa metà della produzione mondiale di minerale di uranio proviene da pozzi aperti, l' altra metà dalle miniere. Viene quindi frantumato nei vicini frantoi, che producono una grande quantità di rifiuti: centinaia di milioni di tonnellate. Questi rifiuti rimangono radioattivi per milioni di anni dopo che l'impianto ha cessato di funzionare, sebbene le radiazioni siano una frazione molto piccola dello sfondo naturale.

Dopodiché, l'uranio viene trasformato in combustibile attraverso un'ulteriore lavorazione e purificazione negli impianti di arricchimento. Questi processi portano all'inquinamento dell'aria e dell'acqua, ma sono molto inferiori rispetto ad altre fasi del ciclo del carburante.