Eine radioaktive Quelle ist eine bestimmte Menge eines Radionuklids, das ionisierende Strahlung aussendet. Letzteres umfasst normalerweise Gammastrahlen, Alpha- und Betateilchen und Neutronenstrahlung.
Rolle der Quellen
Sie können zur Bestrahlung verwendet werden, wenn die Strahlung eine ionisierende Funktion ausübt, oder als Quelle metrologischer Strahlung für die Kalibrierung des radiometrischen Prozesses und der Instrumentierung. Sie werden auch zur Überwachung industrieller Prozesse wie der Dickenmessung in der Papier- und Stahlindustrie eingesetzt. Quellen können in einem Behälter versiegelt (Strahlung mit hoher Durchdringung) oder auf einer Oberfläche (Strahlung mit geringer Durchdringung) oder in einer Flüssigkeit abgelegt werden.
Bedeutung und Anwendung
Als Strahlenquelle werden sie in der Medizin zur Strahlentherapie und in der Industrie zur Radiographie, Bestrahlung eingesetztLebensmittel, Sterilisation, Schädlingsbekämpfung und PVC-Bestrahlungsvernetzung.
Radionuklide
Radionuklide werden nach Art und Art der Strahlung, ihrer Intensität und Halbwertszeit ausgewählt. Häufige Quellen von Radionukliden sind Kob alt-60, Iridium-192 und Strontium-90. Das Maß für die Menge der SI-Quellenaktivität ist das Becquerel, obwohl die historische Curie-Einheit zum Beispiel in den USA immer noch teilweise verwendet wird, obwohl das US-amerikanische NIST die Verwendung der SI-Einheit dringend empfiehlt. Aus gesundheitlichen Gründen ist es in der EU obligatorisch.
Lebenslang
Eine Strahlungsquelle lebt normalerweise 5 bis 15 Jahre, bevor ihre Aktivität auf ein sicheres Niveau abfällt. Wenn jedoch Radionuklide mit langen Halbwertszeiten verfügbar sind, können sie viel länger als Kalibrierwerkzeuge verwendet werden.
Geschlossen und ausgeblendet
Viele radioaktive Quellen sind geschlossen. Das bedeutet, dass sie dauerhaft entweder vollständig in der Kapsel eingeschlossen oder durch einen Feststoff fest an die Oberfläche gebunden sind. Kapseln bestehen normalerweise aus Edelstahl, Titan, Platin oder einem anderen inerten Metall. Die Verwendung von umschlossenen Strahlenquellen eliminiert praktisch jedes Risiko, dass radioaktives Material aufgrund unsachgemäßer Handhabung in die Umgebung gelangt, aber der Behälter ist nicht dafür ausgelegt, die Strahlung zu dämpfen, sodass eine zusätzliche Abschirmung für den Strahlenschutz erforderlich ist. Geschlossene werden auch in fast allen Fällen verwendet, in denen dies nicht der Fall istchemische oder physikalische Einarbeitung in eine Flüssigkeit oder ein Gas ist erforderlich.
Umschlossene Strahlenquellen werden von der IAEO gemäß ihrer Aktivitäten in Bezug auf ein minimal gefährliches radioaktives Objekt (das Menschen erheblichen Schaden zufügen kann) klassifiziert. Das verwendete Verhältnis ist A/D, wobei A die Quellaktivität und D die minimale gefährliche Aktivität ist.
Bitte beachten Sie, dass Quellen mit einer ausreichend geringen radioaktiven Strahlung (z. B. solche, die in Rauchmeldern verwendet werden), um Menschen nicht zu schaden, nicht klassifiziert werden.
Kapseln
Kapselquellen, bei denen die Strahlung effektiv von einem Punkt ausgeht, werden zur Kalibrierung von Beta-, Gamma- und Röntgengeräten verwendet. In letzter Zeit sind sie sowohl als Industrieobjekte als auch als Studienobjekte unbeliebt.
Tellerfedern
Sie werden häufig zur Kalibrierung von Instrumenten für radioaktive Kontamination verwendet. Das heißt, sie spielen tatsächlich die Rolle einer Art wunderbarer Zähler.
Im Gegensatz zu einer Kapselquelle muss sich der von einer Plattenquelle emittierte Hintergrund auf der Oberfläche befinden, um ein Ausbleichen des Behälters oder eine Selbstabschirmung aufgrund der Beschaffenheit des Materials zu verhindern. Dies ist besonders wichtig für Alphateilchen, die leicht durch eine kleine Masse gestoppt werden können. Die Bragg-Kurve zeigt den Effekt der Dämpfung in atmosphärischer Luft.
Ungeöffnet
Ungeöffnete Quellen sind solche, die sich nicht in einem dauerhaft verschlossenen Behälter befinden und für medizinische Zwecke weit verbreitet sind. Sie gelten in Fällenwenn die Quelle in einer Flüssigkeit zur Injektion in einen Patienten oder zur Einnahme aufgelöst werden muss. In ähnlicher Weise werden sie auch in der Industrie zur Lecksuche als radioaktiver Tracer eingesetzt.
Recycling und Umweltaspekte
Die Entsorgung abgelaufener radioaktiver Quellen wirft ähnliche Probleme auf wie die Entsorgung anderer nuklearer Abfälle, wenn auch in geringerem Ausmaß. Verbrauchte schwach radioaktive Quellen sind manchmal inaktiv genug, um mit normalen Abfallentsorgungsmethoden entsorgt zu werden, normalerweise auf Mülldeponien. Andere Entsorgungsmethoden ähneln denen für höher radioaktiven Abfall, wobei je nach Aktivität des Abfalls unterschiedliche Bohrlochtiefen verwendet werden.
Ein bekannter Fall von fahrlässigem Umgang mit einem solchen Gegenstand war ein Unfall in Goiania, bei dem mehrere Menschen ums Leben kamen.
Hintergrundstrahlung
Hintergrundstrahlung ist auf der Erde immer vorhanden. Der größte Teil der Hintergrundstrahlung stammt natürlich von Mineralien, während ein kleiner Teil von künstlichen Elementen stammt. Natürliche radioaktive Mineralien in Erde, Boden und Wasser erzeugen Hintergrundstrahlung. Der menschliche Körper enthält sogar einige dieser natürlichen radioaktiven Mineralien. Die kosmische Strahlung trägt auch zum Strahlungshintergrund um uns herum bei. Es kann von Ort zu Ort große Schwankungen der natürlichen Hintergrundstrahlung geben, sowie Änderungen am selben Ort im Laufe der Zeit. Natürliche Radioisotope sind ein sehr starker HintergrundSender.
Höhenstrahlung
Die kosmische Strahlung stammt von extrem energiereichen Teilchen der Sonne und der Sterne, die in die Erdatmosphäre eindringen. Das heißt, diese Himmelskörper können als Quellen radioaktiver Strahlung bezeichnet werden. Einige Partikel treffen auf den Boden, während andere mit der Atmosphäre interagieren und verschiedene Arten von Strahlung erzeugen. Je näher Sie einem radioaktiven Objekt kommen, desto höher werden die Werte, sodass die Menge der kosmischen Strahlung normalerweise proportional zum Aufstieg zunimmt. Je höher die Höhe, desto höher die Dosis. Aus diesem Grund erh alten die Einwohner von Denver, Colorado (5.280 Fuß), eine höhere jährliche Strahlendosis durch kosmische Strahlung als alle, die auf Meereshöhe (0 Fuß) leben.
Der Uranabbau in Russland bleibt ein umstrittenes und "heißes" Thema, da diese Arbeit äußerst gefährlich ist. Natürlicherweise werden in der Erde vorkommendes Uran und Thorium als primäre Radionuklide bezeichnet und sind eine Quelle terrestrischer Strahlung. Spuren von Uran, Thorium und deren Zerfallsprodukten sind überall zu finden. Erfahren Sie mehr über radioaktiven Zerfall. Die terrestrischen Strahlungswerte variieren je nach Standort, aber Gebiete mit höheren Uran- und Thoriumkonzentrationen in Oberflächenböden sind in der Regel höheren Dosiswerten ausgesetzt. Daher sind Menschen, die am Uranabbau in Russland beteiligt sind, einem großen Risiko ausgesetzt.
Strahlung und Menschen
Im menschlichen Körper können Spuren von radioaktiven Stoffen gefunden werden (hauptsächlich natürliches Kalium-40). Das Element kommt in Nahrung, Boden und Wasser vor, was wirannehmen. Unser Körper enthält geringe Mengen an Strahlung, weil der Körper nicht radioaktive und radioaktive Formen von Kalium und anderen Elementen auf die gleiche Weise verstoffwechselt.
Ein kleiner Teil der Hintergrundstrahlung stammt von menschlichen Aktivitäten. Als Ergebnis von Atomwaffentests und Unfällen wie demjenigen, der sich im Kernkraftwerk Tschernobyl in der Ukraine ereignete, wurden Spuren radioaktiver Elemente in die Umwelt abgegeben. Kernreaktoren setzen kleine Mengen radioaktiver Elemente frei. Radioaktive Materialien, die in der Industrie und sogar in einigen Konsumgütern verwendet werden, geben ebenfalls geringe Mengen an Hintergrundstrahlung ab.
Wir alle sind täglich Strahlung aus natürlichen Quellen wie Mineralien in der Erde und künstlichen Quellen wie medizinischen Röntgenstrahlen ausgesetzt. Nach Angaben des National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP) beträgt die durchschnittliche jährliche Strahlenexposition des Menschen in den Vereinigten Staaten 620 Millirem (6,2 Millisievert).
In der Natur
Radioaktive Substanzen kommen oft in der Natur vor. Einige von ihnen kommen in Böden, Felsen, Wasser, Luft und Pflanzen vor, aus denen sie eingeatmet und aufgenommen werden. Zusätzlich zu dieser inneren Belastung wird der Mensch auch von außen durch radioaktive Stoffe, die außerhalb des Körpers verbleiben, und durch kosmische Strahlung aus dem Weltraum exponiert. Die durchschnittliche tägliche natürliche Dosis für den Menschen beträgt etwa 2,4 mSv (240 mrem) pro Jahr.
Das ist das Vierfachedie globale durchschnittliche Exposition gegenüber künstlicher Strahlung in der Welt, die im Jahr 2008 etwa 0,6 mrem (60 Rem) pro Jahr betrug. In einigen wohlhabenden Ländern wie den USA und Japan übersteigt die künstliche Exposition die natürliche Exposition im Durchschnitt aufgrund des besseren Zugangs zu bestimmten medizinischen Instrumenten. In Europa reicht die durchschnittliche natürliche Hintergrundbelastung in den Ländern von 2 mSv (200 mrem) pro Jahr im Vereinigten Königreich bis über 7 mSv (700 mrem) für einige Personengruppen in Finnland.
Tägliche Exposition
Exposition aus natürlichen Quellen ist ein wesentlicher Bestandteil des täglichen Lebens, sowohl am Arbeitsplatz als auch an öffentlichen Orten. Solche Expositionen sind in den meisten Fällen von geringer oder keiner öffentlichen Bedeutung, aber in bestimmten Situationen müssen Gesundheitsschutzmaßnahmen berücksichtigt werden, beispielsweise bei der Arbeit mit Uran- und Thoriumerzen und anderen natürlich vorkommenden radioaktiven Stoffen (NORM). Diese Situationen sind in den letzten Jahren in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit der Agentur gerückt. Und dies ganz zu schweigen von den Beispielen von Unfällen mit Freisetzung radioaktiver Stoffe, wie etwa der Katastrophe im Kernkraftwerk Tschernobyl und in Fukushima, die weltweit Wissenschaftler und Politiker dazu zwang, ihre H altung gegenüber dem „friedlichen Atom“zu überdenken.
Erdstrahlung
Erdstrahlung umfasst nur Quellen, die außerhalb des Körpers verbleiben. Gleichzeitig bleiben sie aber auch weiterhin gefährliche radioaktive Strahlungsquellen. Die wichtigsten besorgniserregenden Radionuklide sind Kalium, Uran und Thorium, ihre Zerfallsprodukte. Undeinige, wie Radium und Radon, sind hochradioaktiv, treten aber in geringen Konzentrationen auf. Die Zahl dieser Objekte hat sich seit der Entstehung der Erde unaufh altsam verringert. Die aktuelle Strahlungsaktivität, die mit dem Vorhandensein von Uran-238 verbunden ist, ist halb so hoch wie zu Beginn der Existenz unseres Planeten. Dies liegt an seiner Halbwertszeit von 4,5 Milliarden Jahren und für Kalium-40 (Halbwertszeit von 1,25 Milliarden Jahren) nur etwa 8 % des Originals. Aber während des Bestehens der Menschheit hat die Menge an Strahlung sehr leicht abgenommen.
Viele Isotope mit kürzeren Halbwertszeiten (und daher hoher Radioaktivität) sind aufgrund ihrer konstanten natürlichen Produktion nicht zerfallen. Beispiele hierfür sind Radium-226 (das Zerfallsprodukt von Thorium-230 in der Zerfallskette von Uran-238) und Radon-222 (das Zerfallsprodukt von Radium-226 in dieser Kette).
Thorium und Uran
Die radioaktiven chemischen Elemente Thorium und Uran unterliegen meist einem Alpha- und Beta-Zerfall und sind nicht leicht nachzuweisen. Das macht sie sehr gefährlich. Gleiches gilt jedoch für die Protonenstrahlung. Viele ihrer Nebenderivate dieser Elemente sind jedoch auch starke Gammastrahler. Thorium-232 wird mit dem 239-keV-Peak von Blei-212, 511, 583 und 2614 keV von Thallium-208 und 911 und 969 keV von Actinium-228 nachgewiesen. Das radioaktive chemische Element Uran-238 erscheint als Wismut-214-Peaks bei 609, 1120 und 1764 keV (siehe denselben Peak für atmosphärisches Radon). Kalium-40 wird direkt durch den 1461-Gamma-Peak nachgewiesenkeV.
Der Pegel über dem Meer und anderen großen Gewässern beträgt in der Regel etwa ein Zehntel des Erdhintergrunds. Umgekehrt können Küstengebiete (und Regionen in der Nähe von Süßwasser) einen zusätzlichen Beitrag von verstreuten Sedimenten leisten.
Radon
Die größte Quelle radioaktiver Strahlung in der Natur ist Radon in der Luft, ein radioaktives Gas, das von der Erde freigesetzt wird. Radon und seine Isotope, Ausgangsradionuklide und Zerfallsprodukte tragen zur durchschnittlichen lungengängigen Dosis von 1,26 mSv/Jahr (Millisievert pro Jahr) bei. Radon ist ungleichmäßig verteilt und variiert mit dem Wetter, so dass in vielen Teilen der Welt, wo es ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellt, viel höhere Dosen verwendet werden. In Gebäuden in Skandinavien, den Vereinigten Staaten, dem Iran und der Tschechischen Republik wurden Konzentrationen festgestellt, die 500-mal höher sind als der weltweite Durchschnitt. Radon ist ein Zerfallsprodukt von Uran, das in der Erdkruste relativ häufig vorkommt, aber in erzh altigem Gestein, das auf der ganzen Welt verstreut ist, stärker konzentriert ist. Radon tritt aus diesen Erzen in die Atmosphäre oder das Grundwasser aus und sickert auch in Gebäude ein. Es kann zusammen mit den Zerfallsprodukten in die Lunge eingeatmet werden, wo sie nach der Exposition einige Zeit verbleiben. Aus diesem Grund wird Radon als natürliche Strahlenquelle eingestuft.
Radonbelastung
Obwohl Radon in der Natur vorkommt, kann seine Wirkung durch menschliche Aktivitäten wie den Bau eines Hauses verstärkt oder verringert werden. Schlecht abgedichteter KellerEin gut isoliertes Haus kann zu einer Ansammlung von Radon im Haus führen und seine Bewohner gefährden. Der weit verbreitete Bau von gut isolierten und abgedichteten Häusern in den Industrieländern des Nordens hat dazu geführt, dass Radon in einigen Gemeinden im Norden Nordamerikas und Europas zu einer Hauptquelle der Hintergrundstrahlung geworden ist. Einige Baumaterialien wie Leichtbeton mit Schieferalaun, Phosphorgips und italienischem Tuff können Radon freisetzen, wenn sie Radium enth alten und gasdurchlässig sind.
Die Strahlenbelastung durch Radon ist indirekt. Radon hat eine kurze Halbwertszeit (4 Tage) und zerfällt in andere feste Teilchen radioaktiver Nuklide der Radiumreihe. Diese radioaktiven Elemente werden eingeatmet und verbleiben in der Lunge, was zu einer längeren Exposition führt. Daher gilt Radon nach dem Rauchen als die zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs und ist allein in den USA für 15.000 bis 22.000 krebsbedingte Todesfälle pro Jahr verantwortlich. Die Diskussion über die gegensätzlichen experimentellen Ergebnisse dauert jedoch noch an.
Der größte Teil des atmosphärischen Hintergrunds wird durch Radon und seine Zerfallsprodukte verursacht. Das Gammaspektrum zeigt deutliche Peaks bei 609, 1120 und 1764 keV, die zu Wismut-214 gehören, einem Zerfallsprodukt von Radon. Der atmosphärische Hintergrund hängt stark von der Windrichtung und den meteorologischen Bedingungen ab. Radon kann auch stoßweise aus dem Boden freigesetzt werden und dann "Radonwolken" bilden, die Dutzende von Kilometern zurücklegen können.
Raumhintergrund
Die Erde und alle Lebewesen darauf sind ständigmit Strahlung aus dem Weltraum bombardiert. Diese Strahlung besteht hauptsächlich aus positiv geladenen Ionen, von Protonen bis Eisen, und größeren Kernen, die außerhalb unseres Sonnensystems produziert werden. Diese Strahlung interagiert mit Atomen in der Atmosphäre und erzeugt einen sekundären Luftstrom, einschließlich Röntgenstrahlen, Myonen, Protonen, Alphateilchen, Pionen, Elektronen und Neutronen.
Die direkte Dosis der kosmischen Strahlung stammt hauptsächlich von Myonen, Neutronen und Elektronen und variiert in verschiedenen Teilen der Welt je nach Erdmagnetfeld und Höhe. Beispielsweise erhält die Stadt Denver in den Vereinigten Staaten (auf einer Höhe von 1.650 Metern) etwa die doppelte Dosis kosmischer Strahlung als an einem Punkt auf Meereshöhe.
Diese Strahlung ist in der oberen Troposphäre bei etwa 10 km viel stärker und daher besonders besorgniserregend für Besatzungsmitglieder und reguläre Passagiere, die viele Stunden im Jahr in dieser Umgebung verbringen. Verschiedenen Studien zufolge erh alten Flugbesatzungen während ihrer Flüge typischerweise eine zusätzliche Berufsdosis, die zwischen 2,2 mSv (220 mrem) pro Jahr und 2,19 mSv/Jahr liegt.
Strahlung im Orbit
In ähnlicher Weise verursachen kosmische Strahlen eine höhere Hintergrundbelastung für Astronauten als für Menschen auf der Erdoberfläche. Astronauten, die in niedrigen Umlaufbahnen arbeiten, wie Mitarbeiter internationaler Raumstationen oder Shuttles, sind teilweise durch das Erdmagnetfeld geschützt, leiden aber auch unter dem sogenannten Van-Allen-Gürtel, der durch das Erdmagnetfeld entsteht. Außerhalb der niedrigen Erdumlaufbahn, wieDiese Hintergrundstrahlung, die von Apollo-Astronauten erlebt wird, die zum Mond reisen, ist viel intensiver und stellt ein erhebliches Hindernis für die potenzielle zukünftige langfristige menschliche Erforschung des Mondes oder Mars dar.
Kosmische Einflüsse bewirken auch eine Elementumwandlung in der Atmosphäre, bei der sich die von ihnen erzeugte Sekundärstrahlung mit Atomkernen in der Atmosphäre verbindet und verschiedene Nuklide bildet. Viele sogenannte kosmogene Nuklide können hergestellt werden, aber das bemerkenswerteste ist wahrscheinlich Kohlenstoff-14, das durch Wechselwirkung mit Stickstoffatomen gebildet wird. Diese kosmogenen Nuklide erreichen schließlich die Erdoberfläche und können in lebende Organismen eingebaut werden. Die Produktion dieser Nuklide schwankt leicht während kurzfristiger Sonnenflussmetamorphosen, wird jedoch über große Skalen – von Tausenden bis Millionen von Jahren – als praktisch konstant angesehen. Die konstante Produktion, Aufnahme und relativ kurze Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 sind die Prinzipien, die bei der Radiokohlenstoffdatierung alter biologischer Materialien wie Holzartefakte oder menschlicher Überreste verwendet werden.
Gammastrahlen
Kosmische Strahlung auf Meereshöhe erscheint typischerweise als 511-keV-Gammastrahlung aus der Positronenvernichtung, die durch Kernreaktionen von hochenergetischen Teilchen und Gammastrahlen entsteht. In großen Höhen gibt es auch einen Beitrag aus dem kontinuierlichen Spektrum der Bremsstrahlung. Daher wird unter Wissenschaftlern das Thema Sonneneinstrahlung und Strahlungsbilanz als sehr wichtig angesehen.
Strahlung im Körper
Die zwei wichtigsten Elemente, aus denen der menschliche Körper besteht, nämlich Kalium und Kohlenstoff, enth alten Isotope, die unsere Hintergrundstrahlendosis stark erhöhen. Das bedeutet, dass sie auch Quellen radioaktiver Strahlung sein können.
Gefährliche chemische Elemente und Verbindungen sammeln sich an. Der durchschnittliche menschliche Körper enthält etwa 17 Milligramm Kalium-40 (40K) und etwa 24 Nanogramm (10-8 g) Kohlenstoff-14 (14C) (Halbwertszeit - 5.730 Jahre). Abgesehen von der internen Kontamination durch externe radioaktive Materialien sind diese beiden Elemente die größten Komponenten der internen Exposition gegenüber den biologisch funktionellen Komponenten des menschlichen Körpers. Etwa 4.000 Kerne zerfallen bei 40 K pro Sekunde und die gleiche Anzahl bei 14 ° C. Die Energie von Betateilchen, die bei 40 K gebildet werden, ist etwa 10-mal höher als die von Betateilchen, die bei 14 °C gebildet werden.
14C liegt im menschlichen Körper bei etwa 3.700 Bq (0,1 µCi) mit einer biologischen Halbwertszeit von 40 Tagen vor. Das bedeutet, dass der Zerfall von 14C etwa 3.700 Beta-Teilchen pro Sekunde produziert. Etwa die Hälfte der menschlichen Zellen enthält ein 14C-Atom.
Die globale durchschnittliche interne Dosis anderer Radionuklide als Radon und seiner Zerfallsprodukte beträgt 0,29 mSv/Jahr, davon 0,17 mSv/Jahr bei 40 K, 0,12 mSv/Jahr stammen aus der Uranreihe und Thorium und 12 μSv / Jahr - ab 14C. Es ist auch erwähnenswert, dass medizinische Röntgengeräte ebenfalls häufig vorhanden sindradioaktiv, aber ihre Strahlung ist für den Menschen nicht gefährlich.
