מקור רדיואקטיבי הוא כמות מסוימת של רדיונוקליד הפולט קרינה מייננת. האחרון כולל בדרך כלל קרני גמא, חלקיקי אלפא וביטא וקרינת נויטרונים.
תפקיד המקורות
ניתן להשתמש בהם להקרנה, כאשר הקרינה מבצעת פונקציה מייננת, או כמקור לקרינה מטרולוגית לכיול התהליך הרדיומטרי והמכשור. הם משמשים גם לניטור תהליכים תעשייתיים כגון מדידת עובי בתעשיות הנייר והפלדה. ניתן לאטום מקורות במיכל (קרינה חודרת גבוהה) או להפקיד על משטח (קרינה חודרת נמוכה), או בנוזל.
משמעות ויישום
כמקור לקרינה, הם משמשים ברפואה לטיפול בקרינה ובתעשייה לרדיוגרפיה, הקרנהמזון, עיקור, הדברת מזיקים והצלבת קרינת PVC.
Radiouclides
רדיונוקלידים נבחרים בהתאם לסוג ואופי הקרינה, עוצמתה ומחצית החיים שלה. מקורות נפוצים לרדיונוקלידים כוללים קובלט-60, אירידיום-192 וסטרונציום-90. המדידה של כמות פעילות מקור ה-SI היא ה-Becquerel, אם כי יחידת Curie ההיסטורית עדיין בשימוש חלקי, למשל בארה ב, למרות שה-NIST האמריקאי ממליץ בחום על השימוש ביחידת SI. למטרות בריאות, זה חובה באיחוד האירופי.
Lifetime
מקור קרינה חי בדרך כלל 5 עד 15 שנים לפני שפעילותו יורדת לרמה בטוחה. עם זאת, כאשר זמינים רדיונוקלידים עם מחצית חיים ארוכים, הם יכולים לשמש ככלי כיול להרבה יותר זמן.
סגור ומוסתר
מקורות רדיואקטיביים רבים סגורים. זה אומר שהם כלולים באופן קבוע בקפסולה או קשורים בחוזקה על ידי מוצק לפני השטח. קפסולות עשויות בדרך כלל מפלדת אל חלד, טיטניום, פלטינה או מתכת אינרטית אחרת. השימוש במקורות אטומים מבטל למעשה את כל הסיכון של פיזור חומר רדיואקטיבי לסביבה עקב טיפול לא נכון, אך המיכל אינו מיועד להחליש קרינה, ולכן נדרש מיגון נוסף להגנה מפני קרינה. סגורים משמשים גם כמעט בכל המקרים שבהם לאנדרשת שילוב כימי או פיזיקלי בנוזל או בגז.
מקורות אטומים מסווגים על ידי ה-IAEA בהתאם לפעילותם ביחס לחפץ רדיואקטיבי מסוכן מינימלי (שיכול לגרום נזק משמעותי לאנשים). היחס המשמש הוא A/D, כאשר A היא פעילות המקור ו-D היא הפעילות המסוכנת המינימלית.
אנא שים לב שמקורות עם תפוקה רדיואקטיבית נמוכה מספיק (כגון אלה המשמשים בגלאי עשן) שלא לפגוע בבני אדם אינם מסווגים.
קפסולות
מקורות קפסולה, שבהם הקרינה מגיעה ביעילות מנקודה, משמשים לכיול מכשירי בטא, גמא ורנטגן. לאחרונה, הם לא היו פופולריים הן כחפצים תעשייתיים והן כחפצים ללימוד.
קפיצי פלטה
הם נמצאים בשימוש נרחב לכיול של מכשירי זיהום רדיואקטיביים. כלומר, למעשה, הם ממלאים תפקיד של סוג של מונים מופלאים.
בניגוד למקור קפסולה, הרקע הנפלט ממקור צלחת חייב להיות על פני השטח כדי למנוע דהיית מיכל או מיגון עצמי בגלל אופי החומר. זה חשוב במיוחד עבור חלקיקי אלפא, אשר נעצרים בקלות על ידי מסה קטנה. עקומת ה-Bragg מראה את ההשפעה של שיכוך באוויר אטמוספרי.
לא נפתח
מקורות לא נפתחים הם אלה שאינם נמצאים במיכל אטום לצמיתות ונמצאים בשימוש נרחב למטרות רפואיות. הם חלים במקריםכאשר המקור צריך להיות מומס בנוזל להזרקה למטופל או לבליעה. הם משמשים גם בתעשייה באופן דומה לאיתור דליפות כחומר מעקב רדיואקטיבי.
מיחזור והיבטים סביבתיים
סילוק מקורות רדיואקטיביים שפג תוקפם מציב בעיות דומות לסילוק פסולת גרעינית אחרת, אם כי במידה פחותה. מקורות שהוצאו ברמה נמוכה יהיו לפעמים לא פעילים מספיק כדי להיפטר בשיטות רגילות לסילוק פסולת, בדרך כלל במזבלות. שיטות סילוק אחרות דומות לאלו המשמשות לפסולת רדיואקטיבית ברמה גבוהה יותר, תוך שימוש בעומקי קידוח שונים בהתאם לפעילות הפסולת.
מקרה ידוע של טיפול רשלני בחפץ כזה היה תאונה בגויאניה, שהובילה למותם של כמה אנשים.
קרינת רקע
קרינת רקע קיימת תמיד על פני כדור הארץ. רוב קרינת הרקע מגיעה באופן טבעי ממינרלים, בעוד שחלק קטן מגיע מיסודות מעשה ידי אדם. מינרלים רדיואקטיביים טבעיים באדמה, באדמה ובמים מייצרים קרינת רקע. גוף האדם אפילו מכיל חלק מהמינרלים הרדיואקטיביים הטבעיים הללו. קרינה קוסמית תורמת גם לרקע הקרינה שסביבנו. יכולות להיות שונות גדולות ברמות קרינת הרקע הטבעית ממקום למקום, כמו גם שינויים באותו מיקום לאורך זמן. רדיואיזוטופים טבעיים הם רקע חזק מאודפולטים.
קרינה קוסמית
קרינה קוסמית מגיעה מחלקיקים אנרגטיים במיוחד מהשמש ומכוכבים החודרים לאטמוספירה של כדור הארץ. כלומר, ניתן לקרוא לגופים שמימיים אלה מקורות של קרינה רדיואקטיבית. חלקיקים מסוימים פוגעים בקרקע, בעוד שאחרים מקיימים אינטראקציה עם האטמוספירה ויוצרים סוגים שונים של קרינה. הרמות עולות ככל שמתקרבים לעצם רדיואקטיבי, כך שכמות הקרינה הקוסמית גדלה בדרך כלל ביחס לטיפוס. ככל שהגובה גבוה יותר, כך המינון גבוה יותר. זו הסיבה שגרים בדנוור, קולורדו (5,280 רגל) מקבלים מינון שנתי גבוה יותר של קרינה מקרינה קוסמית מכל מי שחי בגובה פני הים (0 רגל).
כריית אורניום ברוסיה נותרה נושא שנוי במחלוקת ו"חם", כי העבודה הזו מסוכנת ביותר. באופן טבעי, אורניום ותוריום המצויים בכדור הארץ נקראים רדיונוקלידים ראשוניים ומהווים מקור לקרינה יבשתית. כמויות עקבות של אורניום, תוריום ותוצרי הריקבון שלהם ניתן למצוא בכל מקום. למד עוד על ריקבון רדיואקטיבי. רמות הקרינה היבשתיות משתנות לפי מיקום, אך אזורים עם ריכוז גבוה יותר של אורניום ותוריום בקרקעות פני השטח חווים בדרך כלל רמות מינון גבוהות יותר. לכן, אנשים המעורבים בכריית אורניום ברוסיה נמצאים בסיכון גדול.
קרינה ואנשים
ניתן למצוא עקבות של חומרים רדיואקטיביים בגוף האדם (בעיקר אשלגן-40 טבעי). היסוד נמצא במזון, באדמה ובמים, שאנולְקַבֵּל. הגוף שלנו מכיל כמויות קטנות של קרינה מכיוון שהגוף מבצע חילוף חומרים לא רדיואקטיביים ורדיואקטיביים של אשלגן ואלמנטים אחרים באותו אופן.
חלק קטן מקרינת הרקע מגיע מפעילות אנושית. כמויות עקבות של יסודות רדיואקטיביים התפזרו בסביבה כתוצאה מניסויי נשק גרעיני ותאונות כמו זו שאירעה בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל באוקראינה. כורים גרעיניים משחררים כמויות קטנות של יסודות רדיואקטיביים. חומרים רדיואקטיביים המשמשים בתעשייה ואפילו במוצרי צריכה מסוימים פולטים כמויות קטנות של קרינת רקע.
כולנו נחשפים לקרינה מדי יום ממקורות טבעיים, כמו מינרלים בכדור הארץ, ומקורות מעשה ידי אדם, כמו צילומי רנטגן רפואיים. לפי המועצה הלאומית להגנה ומדידה של קרינה (NCRP), החשיפה השנתית הממוצעת של האדם לקרינה בארצות הברית היא 620 מילירם (6.2 מיליזיוורט).
בטבע
חומרים רדיואקטיביים נמצאים לעתים קרובות בטבע. חלקם מצויים באדמה, בסלעים, במים, באוויר ובצמחייה, מהם הם נשאפים ונבלעים. בנוסף לחשיפה פנימית זו, בני האדם מקבלים גם חשיפה חיצונית מחומרים רדיואקטיביים שנשארים מחוץ לגוף ומקרינה קוסמית מהחלל החיצון. המינון הטבעי היומי הממוצע לבני אדם הוא כ-2.4 mSv (240 mrem) בשנה.
זה פי ארבעההחשיפה הממוצעת העולמית לקרינה מלאכותית בעולם, שבשנת 2008 הייתה כ-0.6 מרם (60 רם) בשנה. בכמה מדינות עשירות, כמו ארה ב ויפן, החשיפה המלאכותית עולה על החשיפה הטבעית בממוצע בגלל גישה רבה יותר למכשור רפואי ספציפי. באירופה, חשיפת הרקע הטבעית הממוצעת בין מדינות נעה בין 2 mSv (200 mrem) בשנה בבריטניה ליותר מ-7 mSv (700 mrem) עבור קבוצות מסוימות של אנשים בפינלנד.
חשיפה יומית
חשיפה ממקורות טבעיים היא חלק בלתי נפרד מחיי היומיום הן בעבודה והן במקומות ציבוריים. חשיפות כאלה מעוררות ברוב המקרים דאגה קטנה לציבור, אך במצבים מסוימים יש לקחת בחשבון אמצעים להגנה על הבריאות, למשל בעבודה עם עפרות אורניום ותוריום וחומרים רדיואקטיביים טבעיים אחרים (NORM). מצבים אלו הפכו למוקד תשומת הלב של הסוכנות בשנים האחרונות. וזאת, מבלי להזכיר את הדוגמאות לתאונות עם שחרור חומרים רדיואקטיביים, כמו האסון בתחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל ובפוקושימה, שאילץ מדענים ופוליטיקאים ברחבי העולם לשקול מחדש את יחסם ל"אטום השלו".
קרינת כדור הארץ
קרינת כדור הארץ כוללת רק מקורות שנותרו חיצוניים לגוף. אבל במקביל הם ממשיכים להיות מקורות קרינה רדיואקטיביים מסוכנים. הרדיונוקלידים העיקריים המדאיגים הם אשלגן, אורניום ותוריום, תוצרי הריקבון שלהם. וחלקם, כגון רדיום ורדון, הם רדיואקטיביים מאוד אך מתרחשים בריכוזים נמוכים. מספרם של העצמים הללו הצטמצם ללא הרף מאז היווצרותו של כדור הארץ. פעילות הקרינה הנוכחית הקשורה לנוכחות אורניום-238 היא חצי מכמות הקרינה בתחילת קיומו של הפלנטה שלנו. זה נובע ממחצית החיים שלו של 4.5 מיליארד שנים, ועבור אשלגן-40 (זמן מחצית חיים של 1.25 מיליארד שנים) הוא רק כ-8% מהמקור. אבל במהלך קיומה של האנושות, כמות הקרינה ירדה מעט מאוד.
איזוטופים רבים בעלי מחצית חיים קצרים יותר (ולכן רדיואקטיביות גבוהה) לא נרקבו עקב הייצור הטבעי המתמיד שלהם. דוגמאות לכך הן רדיום-226 (תוצר הריקבון של תוריום-230 בשרשרת ההתפרקות של אורניום-238) וראדון-222 (תוצר הריקבון של רדיום-226 בשרשרת זו).
תוריום ואורניום
היסודות הכימיים הרדיואקטיביים תוריום ואורניום עוברים בעיקר ריקבון אלפא ובטא ואינם קלים לגילוי. זה הופך אותם למסוכנים מאוד. עם זאת, ניתן לומר אותו דבר על קרינת פרוטונים. עם זאת, רבים מנגזרות הצד שלהם של יסודות אלה הם גם פולטי גמא חזקים. תוריום-232 מזוהה עם שיא 239 keV מעופרת-212, 511, 583 ו-2614 keV מתליום-208 ו-911 ו-969 keV מ-actinium-228. היסוד הכימי הרדיואקטיבי אורניום-238 מופיע כפסגות ביסמוט-214 ב-609, 1120 ו-1764 keV (ראה אותו שיא עבור ראדון אטמוספרי). אשלגן-40 מזוהה ישירות דרך שיא הגמא 1461keV.
המפלס מעל הים ומגופי מים גדולים אחרים נוטה להיות כעשירית מהרקע של כדור הארץ. לעומת זאת, לאזורי חוף (ואזורים ליד מים מתוקים) עשויה להיות תרומה נוספת ממשקעים מפוזרים.
Radon
המקור הגדול ביותר לקרינה רדיואקטיבית בטבע הוא הראדון הנישא באוויר, גז רדיואקטיבי המשתחרר מכדור הארץ. ראדון והאיזוטופים שלו, רדיונוקלידים אב ומוצרי ריקבון תורמים למינון הנשימה הממוצע של 1.26 mSv לשנה (מיליסיוורט לשנה). הראדון מתפזר בצורה לא אחידה ומשתנה בהתאם למזג האוויר, כך שבמקומות רבים בעולם משתמשים במינונים גבוהים בהרבה, שבהם הוא מהווה סכנה בריאותית משמעותית. ריכוזים גבוהים פי 500 מהממוצע העולמי נמצאו בתוך מבנים בסקנדינביה, ארצות הברית, איראן וצ'כיה. ראדון הוא תוצר ריקבון של אורניום נפוץ יחסית בקרום כדור הארץ, אך מרוכז יותר בסלעים נושאי עפרות הפזורים ברחבי העולם. ראדון דולף מעפרות אלו לאטמוספירה או למי התהום, וגם מחלחל לתוך מבנים. ניתן לשאוף אותו לריאות יחד עם תוצרי הריקבון, שם הם יישארו זמן מה לאחר החשיפה. מסיבה זו, הראדון מסווג כמקור קרינה טבעי.
חשיפה לראדון
למרות שהראדון מתרחש באופן טבעי, ניתן להגביר או להפחית את השפעותיו על ידי פעילויות אנושיות, כגון בניית בית. מרתף אטום בצורה גרועהבית מבודד היטב עלול להוביל להצטברות ראדון בבית, ולסכן את דייריו. הבנייה הנרחבת של בתים מבודדים ואטומים היטב במדינות המתועשות בצפון הביאה לכך שהראדון הפך למקור מרכזי לקרינת רקע בכמה קהילות בצפון צפון אמריקה ואירופה. חומרי בניין מסוימים, כגון בטון קל עם אלום פצלי, פוספוגיפס וטוף איטלקי, יכולים לשחרר ראדון אם הם מכילים רדיום ונקבוביים לגז.
חשיפה לקרינה מרדון היא עקיפה. לראדון יש זמן מחצית חיים קצר (4 ימים) והוא מתפרק לחלקיקים מוצקים אחרים של נוקלידים רדיואקטיביים מסדרת הרדיום. יסודות רדיואקטיביים אלו נשאפים ונשארים בריאות, וגורמים לחשיפה ממושכת. לפיכך, ראדון נחשב לגורם השני לסרטן הריאות לאחר עישון, והוא אחראי בין 15,000 ל-22,000 מקרי מוות מסרטן בשנה בארה ב בלבד. עם זאת, הדיון על תוצאות הניסוי ההפוכות עדיין נמשך.
רוב הרקע האטמוספרי נגרם מרדון ומוצרי הריקבון שלו. ספקטרום הגמא מציג שיאים ניכרים ב-609, 1120 ו-1764 keV, השייכים לביסמוט-214, תוצר ריקבון של ראדון. הרקע האטמוספרי תלוי מאוד בכיוון הרוח ובתנאים המטאורולוגיים. ראדון יכול גם להשתחרר מהקרקע בהתפרצויות ואז ליצור "ענני ראדון" שיכולים לעבור עשרות קילומטרים.
רקע החלל
האדמה וכל היצורים החיים בה נמצאים כל הזמןמופגז בקרינה מהחלל. קרינה זו מורכבת בעיקר מיונים בעלי מטען חיובי, מפרוטונים ועד ברזל, ומגרעינים גדולים יותר המיוצרים מחוץ למערכת השמש שלנו. קרינה זו מקיימת אינטראקציה עם אטומים באטמוספרה, ויוצרת זרימת אוויר משנית, כולל קרני רנטגן, מיואונים, פרוטונים, חלקיקי אלפא, פיונים, אלקטרונים וניוטרונים.
המינון הישיר של קרינה קוסמית מגיע בעיקר מיואונים, נויטרונים ואלקטרונים, והוא משתנה בחלקים שונים של העולם בהתאם לשדה הגיאומגנטי ולגובה. לדוגמה, העיר דנבר בארצות הברית (בגובה של 1,650 מטר) מקבלת בערך פי שניים מינון של קרניים קוסמיות מאשר בנקודה בגובה פני הים.
קרינה זו חזקה הרבה יותר בטרופוספירה העליונה במרחק של כ-10 ק מ ולכן מדאיגה במיוחד את אנשי הצוות והנוסעים הקבועים המבלים שעות רבות בשנה בסביבה זו. במהלך הטיסות שלהם, צוותי חברת התעופה מקבלים בדרך כלל מינון תעסוקתי נוסף הנעים בין 2.2 mSv (220 mrem) לשנה ל-2.19 mSv לשנה, לפי מחקרים שונים.
קרינה במסלול
באופן דומה, קרניים קוסמיות גורמות לחשיפת רקע גבוהה יותר עבור אסטרונאוטים מאשר עבור בני אדם על פני כדור הארץ. אסטרונאוטים הפועלים במסלולים נמוכים, כמו עובדי תחנות חלל בינלאומיות או מעבורות, מוגנים חלקית על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, אך סובלים גם ממה שמכונה חגורת ואן אלן, שהיא תוצאה של השדה המגנטי של כדור הארץ. מחוץ למסלול נמוך של כדור הארץ, כמושחוו אסטרונאוטים של אפולו הנוסעים לירח, קרינת הרקע הזו היא הרבה יותר אינטנסיבית ומהווה מחסום משמעותי בפני חקר אנושי עתידי פוטנציאלי ארוך טווח של הירח או מאדים.
השפעות קוסמיות גורמות גם לטרנסוטציה יסודית באטמוספירה, שבה הקרינה המשנית הנוצרת על ידם מתחברת עם גרעיני אטום באטמוספרה, ויוצרת גרעינים שונים. ניתן לייצר נוקלידים קוסמוגניים רבים, אך כנראה הבולט ביותר הוא פחמן-14, שנוצר מאינטראקציה עם אטומי חנקן. גרעינים קוסמוגניים אלה מגיעים בסופו של דבר אל פני כדור הארץ וניתן לשלבם באורגניזמים חיים. הייצור של נוקלידים אלה משתנה מעט במהלך מטמורפוזות של שטף שמש קצר טווח, אך נחשב כמעט קבוע בקנה מידה גדול - מאלפי עד מיליוני שנים. הייצור המתמיד, השילוב וזמן מחצית החיים הקצר יחסית של פחמן-14 הם העקרונות המשמשים בתיארוך פחמן רדיואקטיבי של חומרים ביולוגיים עתיקים, כגון חפצי עץ או שרידי אדם.
קרני גמא
קרינה קוסמית בגובה פני הים מופיעה בדרך כלל כקרינת גמא של 511 keV מהשמדת פוזיטרונים שנוצרה על ידי תגובות גרעיניות של חלקיקים עתירי אנרגיה וקרני גמא. בגובה רב, יש גם תרומה מהספקטרום הרציף של ברמססטרהלונג. לכן, בקרב מדענים, נושא קרינת השמש ואיזון הקרינה נחשב חשוב מאוד.
קרינה בתוך הגוף
שני היסודות החשובים ביותר המרכיבים את גוף האדם, כלומר אשלגן ופחמן, מכילים איזוטופים שמגדילים מאוד את מינון קרינת הרקע שלנו. זה אומר שהם יכולים להיות גם מקורות לקרינה רדיואקטיבית.
יסודות כימיים מסוכנים ותרכובות נוטים להצטבר. גוף האדם הממוצע מכיל כ-17 מיליגרם של אשלגן-40 (40K) וכ-24 ננוגרם (10-8 גרם) של פחמן-14 (14C) (זמן מחצית חיים - 5,730 שנים). למעט זיהום פנימי על ידי חומרים רדיואקטיביים חיצוניים, שני היסודות הללו הם המרכיבים הגדולים ביותר של חשיפה פנימית למרכיבים התפקודיים ביולוגית של גוף האדם. כ-4,000 גרעינים מתפרקים במהירות של 40K לשנייה ואותו מספר ב-14C. האנרגיה של חלקיקי בטא הנוצרים ב-40K גדולה בערך פי 10 מזו של חלקיקי בטא שנוצרו ב-14C.
14C קיים בגוף האדם בסביבות 3,700 Bq (0.1 µCi) עם זמן מחצית חיים ביולוגי של 40 יום. המשמעות היא שהדעיכה של 14C מייצרת כ-3,700 חלקיקי בטא בשנייה. כמחצית מתאי האדם מכילים אטום 14C.
מינון פנימי ממוצע גלובלי של רדיונוקלידים מלבד ראדון ותוצרי ההתפרקות שלו הוא 0.29 mSv/שנה, מתוכם 0.17 mSv/yr הוא 40K, 0.12 mSv/yr מגיע מסדרת האורניום ותוריום, ו-12 μSv / שנה - מ-14C. ראוי גם לציין כי מכונות רנטגן רפואיות הן גם לעתים קרובותרדיואקטיביים, אבל הקרינה שלהם לא מסוכנת לבני אדם.
