Röntgenquellen. Ist eine Röntgenröhre eine Quelle ionisierender Strahlung?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Im Laufe der Geschichte des Lebens auf der Erde waren Organismen ständig der kosmischen Strahlung und den von ihnen gebildeten Radionukliden in der Atmosphäre sowie der Strahlung von in der Natur allgegenwärtigen Stoffen ausgesetzt. Das moderne Leben hat sich an alle Merkmale und Einschränkungen der Umwelt angepasst, einschließlich natürlicher Quellen von Röntgenstrahlen.

Obwohl hohe Strahlungspegel sicherlich schädlich für Organismen sind, sind bestimmte Arten von Strahlung lebensnotwendig. Beispielsweise trug der Strahlungshintergrund zu den grundlegenden Prozessen der chemischen und biologischen Evolution bei. Ebenfalls offensichtlich ist die Tatsache, dass die Wärme des Erdkerns durch die Zerfallswärme primärer, natürlicher Radionuklide bereitgestellt und aufrechterh alten wird.

Kosmische Strahlung

Die Strahlung außerirdischen Ursprungs, die die Erde ununterbrochen bombardiert, wird genanntLeerzeichen.

Die Tatsache, dass diese durchdringende Strahlung unseren Planeten aus dem Weltraum und nicht von der Erde erreicht, wurde in Experimenten entdeckt, um die Ionisation in verschiedenen Höhen zu messen, vom Meeresspiegel bis 9000 m. Es wurde festgestellt, dass die Intensität der ionisierenden Strahlung nahm bis zu einer Höhe von 700 m ab und nahm dann mit dem Steigen schnell zu. Die anfängliche Abnahme kann durch eine Abnahme der Intensität der terrestrischen Gammastrahlen und eine Zunahme durch die Wirkung kosmischer Strahlung erklärt werden.

Röntgenquellen im Weltraum sind wie folgt:

• Gruppen von Galaxien;
• Seyfert-Galaxien;
• Sonne;
• Sterne;
• Quasare;
• Schwarze Löcher;
• Supernova-Überreste;
• weiße Zwerge;
• dunkle Sterne usw.

Ein Beweis für eine solche Strahlung ist zum Beispiel eine Zunahme der Intensität der kosmischen Strahlung, die auf der Erde nach Sonneneruptionen beobachtet wird. Aber unser Stern leistet nicht den Hauptbeitrag zum Gesamtfluss, da seine täglichen Schwankungen sehr gering sind.

Zwei Arten von Strahlen

Kosmische Strahlung wird in primäre und sekundäre Strahlung unterteilt. Strahlung, die nicht mit Materie in der Atmosphäre, Lithosphäre oder Hydrosphäre der Erde wechselwirkt, wird als primär bezeichnet. Es besteht aus Protonen (≈ 85 %) und Alphateilchen (≈ 14 %), mit viel kleineren Flüssen (< 1 %) aus schwereren Kernen. Sekundäre kosmische Röntgenstrahlen, deren Strahlungsquellen die Primärstrahlung und die Atmosphäre sind, bestehen aus subatomaren Teilchen wie Pionen, Myonen undElektronen. Auf Meereshöhe besteht fast die gesamte beobachtete Strahlung aus sekundärer kosmischer Strahlung, von der 68 % Myonen und 30 % Elektronen sind. Weniger als 1 % des Flusses auf Meereshöhe besteht aus Protonen.

Primäre kosmische Strahlen haben in der Regel eine enorme kinetische Energie. Sie sind positiv geladen und gewinnen Energie durch Beschleunigung in Magnetfeldern. Im Vakuum des Weltraums können geladene Teilchen lange Zeit existieren und Millionen von Lichtjahren zurücklegen. Während dieses Fluges erwerben sie eine hohe kinetische Energie in der Größenordnung von 2–30 GeV (1 GeV=10⁹ eV). Einzelne Teilchen haben Energien bis zu 10^{10 GeV.}

Die hohen Energien der primären kosmischen Strahlung ermöglichen es ihnen, Atome in der Erdatmosphäre buchstäblich zu sp alten, wenn sie kollidieren. Neben Neutronen, Protonen und subatomaren Teilchen können auch leichte Elemente wie Wasserstoff, Helium und Beryllium gebildet werden. Myonen sind immer geladen und zerfallen auch schnell in Elektronen oder Positronen.

Magnetische Abschirmung

Die Intensität der kosmischen Strahlung nimmt mit dem Aufstieg stark zu, bis sie in etwa 20 km Höhe ein Maximum erreicht. Ab 20 km bis zur Grenze der Atmosphäre (bis 50 km) nimmt die Intensität ab.

Dieses Muster erklärt sich durch eine Zunahme der Produktion von Sekundärstrahlung infolge einer Zunahme der Luftdichte. In einer Höhe von 20 km ist der Großteil der Primärstrahlung bereits in Wechselwirkung getreten, und die Intensitätsabnahme von 20 km auf Meereshöhe spiegelt die Absorption von Sekundärstrahlen wider. Atmosphäre, entspricht etwa 10 Meter Wasser.

Die Strahlungsintensität hängt auch mit dem Breitengrad zusammen. Bei gleicher Höhe nimmt die kosmische Strömung vom Äquator bis zu einem Breitengrad von 50–60° zu und bleibt bis zu den Polen konstant. Dies erklärt sich aus der Form des Erdmagnetfeldes und der Verteilung der Energie der Primärstrahlung. Magnetfeldlinien, die sich über die Atmosphäre hinaus erstrecken, verlaufen normalerweise am Äquator parallel zur Erdoberfläche und an den Polen senkrecht. Geladene Teilchen bewegen sich leicht entlang der Magnetfeldlinien, überwinden sie aber kaum in Querrichtung. Von den Polen bis 60° erreicht praktisch die gesamte Primärstrahlung die Erdatmosphäre, und am Äquator können nur Teilchen mit Energien über 15 GeV die magnetische Abschirmung durchdringen.

Sekundäre Röntgenquellen

Infolge der Wechselwirkung von kosmischer Strahlung mit Materie wird kontinuierlich eine beträchtliche Menge an Radionukliden produziert. Die meisten von ihnen sind Fragmente, aber einige von ihnen werden durch die Aktivierung stabiler Atome durch Neutronen oder Myonen gebildet. Die natürliche Produktion von Radionukliden in der Atmosphäre entspricht der Intensität der kosmischen Strahlung in Höhe und Breite. Etwa 70 % davon stammen aus der Stratosphäre und 30 % aus der Troposphäre.

Mit Ausnahme von H-3 und C-14 werden Radionuklide normalerweise in sehr geringen Konzentrationen gefunden. Tritium wird verdünnt und mit Wasser und H-2 gemischt, und C-14 verbindet sich mit Sauerstoff zu CO_{2, das sich mit atmosphärischem Kohlendioxid vermischt. Kohlenstoff-14 gelangt durch Photosynthese in die Pflanzen.}

Erdstrahlung

Von den vielen Radionukliden, die sich mit der Erde gebildet haben, haben nur wenige Halbwertszeiten, die lang genug sind, um ihre gegenwärtige Existenz zu erklären. Wenn unser Planet vor etwa 6 Milliarden Jahren entstanden wäre, bräuchten sie eine Halbwertszeit von mindestens 100 Millionen Jahren, um in messbaren Mengen zu verbleiben. Von den bisher entdeckten primären Radionukliden sind drei von größter Bedeutung. Die Röntgenquelle ist K-40, U-238 und Th-232. Uran und Thorium bilden jeweils eine Kette von Zerfallsprodukten, die fast immer in Gegenwart des ursprünglichen Isotops vorliegen. Obwohl viele der Tochterradionuklide kurzlebig sind, sind sie in der Umwelt weit verbreitet, da sie ständig aus langlebigen Ausgangsmaterialien gebildet werden.

Andere primordiale, langlebige Röntgenquellen, kurz gesagt, sind in sehr geringen Konzentrationen vorhanden. Dies sind Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176 usw. Natürlich vorkommende Neutronen bilden viele andere Radionuklide, aber ihre Konzentration ist normalerweise sehr gering. Der Oklo-Steinbruch in Gabun, Afrika, enthält Hinweise auf einen "natürlichen Reaktor", in dem Kernreaktionen stattfanden. Der Abbau von U-235 und das Vorhandensein von Sp altprodukten in einer reichen Uranlagerstätte weisen darauf hin, dass hier vor etwa 2 Milliarden Jahren eine spontan induzierte Kettenreaktion stattfand.

Obwohl primordiale Radionuklide allgegenwärtig sind, variiert ihre Konzentration je nach Standort. HauptsächlichDas Reservoir natürlicher Radioaktivität ist die Lithosphäre. Darüber hinaus verändert es sich innerhalb der Lithosphäre erheblich. Manchmal ist es mit bestimmten Arten von Verbindungen und Mineralien verbunden, manchmal ist es rein regional, mit geringer Korrelation zu Gesteins- und Mineralarten.

Die Verteilung primärer Radionuklide und ihrer Folgeprodukte in natürlichen Ökosystemen hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der chemischen Eigenschaften der Nuklide, der physikalischen Faktoren des Ökosystems und der physiologischen und ökologischen Eigenschaften von Flora und Fauna. Die Verwitterung von Gesteinen, ihrem Hauptreservoir, liefert dem Boden U, Th und K. An diesem Transfer sind auch die Zerfallsprodukte von Th und U beteiligt. Aus dem Boden werden K, Ra, etwas U und sehr wenig Th von Pflanzen aufgenommen. Sie verwenden Kalium-40 auf die gleiche Weise wie stabiles K. Radium, ein Zerfallsprodukt von U-238, wird von der Pflanze verwendet, nicht weil es ein Isotop ist, sondern weil es dem Kalzium chemisch ähnlich ist. Die Aufnahme von Uran und Thorium durch Pflanzen ist im Allgemeinen vernachlässigbar, da diese Radionuklide normalerweise unlöslich sind.

Radon

Die wichtigste aller natürlichen Strahlungsquellen ist das geschmacks- und geruchlose Element, ein unsichtbares Gas, das 8-mal schwerer als Luft ist, Radon. Es besteht aus zwei Hauptisotopen - Radon-222, einem der Zerfallsprodukte von U-238, und Radon-220, das beim Zerfall von Th-232 entsteht.

Felsen, Erde, Pflanzen, Tiere geben Radon in die Atmosphäre ab. Das Gas ist ein Zerfallsprodukt von Radium und entsteht in jedem Materialder es enthält. Da Radon ein Edelgas ist, kann es von Oberflächen freigesetzt werden, die mit der Atmosphäre in Kontakt kommen. Die Menge an Radon, die aus einer bestimmten Gesteinsmasse austritt, hängt von der Radiummenge und der Oberfläche ab. Je kleiner der Stein, desto mehr Radon kann er freisetzen. Die Rn-Konzentration in der Luft neben radiumh altigen Stoffen hängt auch von der Luftgeschwindigkeit ab. In Kellern, Höhlen und Bergwerken mit schlechter Luftzirkulation können Radonkonzentrationen erhebliche Werte erreichen.

Rn zerfällt ziemlich schnell und bildet eine Reihe von Tochterradionukliden. Einmal in der Atmosphäre gebildet, verbinden sich Radon-Zerfallsprodukte mit Feinstaubpartikeln, die sich auf Böden und Pflanzen absetzen und auch von Tieren eingeatmet werden. Regen ist besonders effektiv bei der Entfernung radioaktiver Elemente aus der Luft, aber auch der Aufprall und die Ablagerung von Aerosolpartikeln tragen zu ihrer Ablagerung bei.

In gemäßigten Klimazonen sind die Radonkonzentrationen in Innenräumen im Durchschnitt etwa 5- bis 10-mal höher als im Freien.

In den letzten Jahrzehnten hat der Mensch mehrere hundert Radionuklide, zugehörige Röntgenstrahlen, Quellen und Eigenschaften "künstlich" produziert, die Anwendungen in der Medizin, beim Militär, in der Stromerzeugung, Instrumentierung und Mineralexploration haben.

Die individuellen Wirkungen künstlicher Strahlungsquellen sind sehr unterschiedlich. Die meisten Menschen erh alten eine relativ geringe Dosis künstlicher Strahlung, aber einige erh alten ein Vieltausendfaches der Strahlung aus natürlichen Quellen. Künstliche Quellen sind besserkontrolliert als natürlich.

Röntgenquellen in der Medizin

In Industrie und Medizin werden in der Regel nur reine Radionuklide verwendet, was die Identifizierung von Leckpfaden aus Lagerstätten und den Entsorgungsprozess vereinfacht.

Der Einsatz von Strahlung in der Medizin ist weit verbreitet und hat das Potenzial, erhebliche Auswirkungen zu haben. Es umfasst Röntgenquellen, die in der Medizin verwendet werden für:

• Diagnose;
• Therapie;
• analytische Verfahren;
• pacing.

Für die Diagnostik werden sowohl umschlossene Quellen als auch eine Vielzahl radioaktiver Tracer verwendet. Medizinische Einrichtungen unterscheiden im Allgemeinen zwischen diesen Anwendungen wie Radiologie und Nuklearmedizin.

Ist eine Röntgenröhre eine Quelle ionisierender Strahlung? Computertomographie und Fluorographie sind bekannte diagnostische Verfahren, die mit ihrer Hilfe durchgeführt werden. Darüber hinaus gibt es viele Anwendungen von Isotopenquellen in der medizinischen Radiographie, einschließlich Gamma- und Betaquellen und experimenteller Neutronenquellen für Fälle, in denen Röntgengeräte unbequem, ungeeignet oder gefährlich sein können. Aus ökologischer Sicht stellt Röntgenstrahlung kein Risiko dar, solange ihre Quellen rechenschaftspflichtig bleiben und ordnungsgemäß entsorgt werden. In dieser Hinsicht ist die Geschichte der Radiumelemente, Radonnadeln und Radium enth altenden lumineszierenden Verbindungen nicht ermutigend.

Häufig verwendete Röntgenquellen basierend auf ⁹⁰Sroder ¹⁴⁷ Uhr. Das Aufkommen von 252^{Cf als tragbarer Neutronengenerator hat die Neutronenradiographie weithin verfügbar gemacht, obwohl die Technik im Allgemeinen immer noch stark von der Verfügbarkeit von Kernreaktoren abhängt.}

Nuklearmedizin

Die größten Umweltgefahren sind Radioisotopenetiketten in der Nuklearmedizin und Röntgenquellen. Beispiele für unerwünschte Einflüsse sind:

• Bestrahlung des Patienten;
• Bestrahlung von Krankenhauspersonal;
• Exposition beim Transport radioaktiver Arzneimittel;
• Auswirkungen während der Produktion;
• Exposition gegenüber radioaktivem Abfall.

In den letzten Jahren gab es einen Trend zur Reduzierung der Patientenexposition durch die Einführung kurzlebiger Isotope mit engerer Wirkung und die Verwendung von stärker lokalisierten Medikamenten.

Eine kürzere Halbwertszeit reduziert die Auswirkungen radioaktiver Abfälle, da die meisten langlebigen Elemente über die Nieren ausgeschieden werden.

Die Umweltauswirkungen der Kanalisation scheinen nicht davon abzuhängen, ob der Patient stationär oder ambulant behandelt wird. Während die meisten der freigesetzten radioaktiven Elemente wahrscheinlich nur von kurzer Dauer sind, übersteigt der kumulative Effekt die Verschmutzungswerte aller Kernkraftwerke zusammen bei weitem.

Die in der Medizin am häufigsten verwendeten Radionuklide sind Röntgenquellen:

• 99mTc – Schädel- und Gehirnscan, zerebraler Blutscan, Herz, Leber, Lunge, Schilddrüsenscan, Plazentalokalisation;
• 131I - Blut, Leberscan, Plazentalokalisation, Schilddrüsenscan und Behandlung;
• 51Cr - Bestimmung der Dauer des Vorhandenseins von roten Blutkörperchen oder Sequestrierung, Blutvolumen;
• 57Co - Schilling-Test;
• 32P – Knochenmetastasen.

Die weit verbreitete Anwendung von Radioimmunoassay-Verfahren, Urinanalysen und anderen Forschungsmethoden unter Verwendung markierter organischer Verbindungen hat die Verwendung flüssiger Szintillationspräparate erheblich erhöht. Organische Phosphorlösungen, meist auf Basis von Toluol oder Xylol, stellen eine größere Menge flüssiger organischer Abfälle dar, die entsorgt werden müssen. Die Verarbeitung in flüssiger Form ist potenziell gefährlich und aus Umweltgründen nicht akzeptabel. Aus diesem Grund wird der Müllverbrennung der Vorzug gegeben.

Da sich die langlebigen ³H oder ^{14C leicht in der Umwelt auflösen, liegt ihre Belastung im normalen Bereich. Aber der kumulative Effekt kann erheblich sein.}

Eine weitere medizinische Verwendung von Radionukliden ist die Verwendung von Plutoniumbatterien zur Stromversorgung von Herzschrittmachern. Tausende von Menschen leben heute, weil diese Geräte ihre Herzfunktion unterstützen. Versiegelte Quellen von 238Pu (150 GBq) werden Patienten chirurgisch implantiert.

Industrielles Röntgen: Quellen, Eigenschaften, Anwendungen

Die Medizin ist nicht der einzige Bereich, in dem dieser Teil des elektromagnetischen Spektrums Anwendung gefunden hat. Industriell genutzte Radioisotope und Röntgenquellen sind ein wesentlicher Teil der technogenen Strahlungssituation. Anwendungsbeispiele:

• industrielle Radiographie;
• Strahlungsmessung;
• Rauchmelder;
• selbstleuchtende Materialien;
• Röntgenkristallographie;
• Scanner zur Kontrolle von Gepäck und Handgepäck;
• Röntgenlaser;
• Synchrotrons;
• Zyklotrone.

Da die meisten dieser Anwendungen die Verwendung von eingekapselten Isotopen beinh alten, tritt eine Strahlenexposition während des Transports, der Übertragung, der Wartung und der Entsorgung auf.

Ist eine Röntgenröhre eine Quelle ionisierender Strahlung in der Industrie? Ja, es wird in zerstörungsfreien Prüfsystemen auf Flughäfen, bei der Untersuchung von Kristallen, Materialien und Strukturen sowie in der industriellen Kontrolle eingesetzt. In den letzten Jahrzehnten haben die Strahlendosen in Wissenschaft und Industrie den halben Wert dieses Indikators in der Medizin erreicht; daher ist der Beitrag signifikant.

Eingekapselte Röntgenquellen allein haben wenig Wirkung. Aber ihr Transport und ihre Entsorgung sind besorgniserregend, wenn sie verloren gehen oder versehentlich auf einer Deponie entsorgt werden. Solche QuellenRöntgengeräte werden in der Regel als doppelt abgedichtete Scheiben oder Zylinder geliefert und eingebaut. Die Kapseln bestehen aus Edelstahl und müssen regelmäßig auf Undichtigkeiten überprüft werden. Ihre Entsorgung kann ein Problem sein. Kurzlebige Quellen können gelagert und abgebaut werden, aber selbst dann müssen sie ordnungsgemäß abgerechnet werden, und aktives Restmaterial muss in einer zugelassenen Einrichtung entsorgt werden. Andernfalls sollten die Kapseln an spezialisierte Einrichtungen geschickt werden. Ihre Leistung bestimmt Material und Größe des aktiven Teils der Röntgenquelle.

Speicherorte der Röntgenquellen

Ein wachsendes Problem ist die sichere Stilllegung und Dekontaminierung von Industriestandorten, an denen in der Vergangenheit radioaktive Stoffe gelagert wurden. Dabei handelt es sich meist um ältere nukleare Wiederaufbereitungsanlagen, es müssen aber auch andere Industrien eingebunden werden, etwa Anlagen zur Herstellung von selbstleuchtenden Tritium-Schildern.

Ein besonderes Problem sind langlebige Low-Level-Quellen, die weit verbreitet sind. Beispielsweise wird 241Am in Rauchmeldern verwendet. Neben Radon sind dies die Hauptquellen der Röntgenstrahlung im Alltag. Einzeln stellen sie keine Gefahr dar, aber eine beträchtliche Anzahl von ihnen kann in Zukunft ein Problem darstellen.

Nukleare Explosionen

Während der letzten 50 Jahre war jeder der radioaktiven Strahlung ausgesetzt, die durch Kernwaffentests verursacht wurde. Ihr Höhepunkt war bei1954-1958 und 1961-1962.

1963 unterzeichneten drei Länder (UdSSR, USA und Großbritannien) ein Abkommen über ein teilweises Verbot von Atomtests in der Atmosphäre, im Ozean und im Weltraum. In den nächsten zwei Jahrzehnten führten Frankreich und China eine Reihe viel kleinerer Tests durch, die 1980 eingestellt wurden. Unterirdische Tests sind noch im Gange, aber sie produzieren im Allgemeinen keinen Niederschlag.

Radioaktive Kontamination durch atmosphärische Tests fällt in die Nähe der Explosionsstelle. Einige von ihnen verbleiben in der Troposphäre und werden vom Wind auf dem gleichen Breitengrad um die Welt getragen. Wenn sie sich bewegen, fallen sie zu Boden und bleiben etwa einen Monat in der Luft. Aber die meisten werden in die Stratosphäre geschoben, wo die Verschmutzung viele Monate lang verbleibt und langsam über den Planeten sinkt.

Radioaktiver Fallout umfasst mehrere hundert verschiedene Radionuklide, aber nur wenige von ihnen können den menschlichen Körper beeinflussen, daher ist ihre Größe sehr gering und der Zerfall ist schnell. Die bedeutendsten sind C-14, Cs-137, Zr-95 und Sr-90.

Zr-95 hat eine Halbwertszeit von 64 Tagen, während Cs-137 und Sr-90 etwa 30 Jahre haben. Nur Kohlenstoff-14 mit einer Halbwertszeit von 5730 wird weit in die Zukunft aktiv bleiben.

Kernenergie

Kernkraft ist die umstrittenste aller anthropogenen Strahlungsquellen, trägt aber nur sehr wenig zu den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit bei. Kerntechnische Anlagen geben im Normalbetrieb vernachlässigbare Mengen an Strahlung an die Umwelt ab. Februar 2016Es gab 442 zivil betriebene Kernreaktoren in 31 Ländern und 66 weitere befanden sich im Bau. Dies ist nur ein Teil des nuklearen Brennstoffproduktionszyklus. Es beginnt mit dem Abbau und der Vermahlung von Uranerz und geht weiter mit der Herstellung von Kernbrennstoff. Nach dem Einsatz in Kraftwerken werden Brennstoffzellen manchmal wiederaufbereitet, um Uran und Plutonium zurückzugewinnen. Am Ende endet der Kreislauf mit der Entsorgung des Atommülls. In jeder Phase dieses Zyklus können radioaktive Stoffe freigesetzt werden.

Etwa die Hälfte der weltweiten Uranerzproduktion stammt aus Tagebauen, die andere Hälfte aus Minen. Es wird dann in nahe gelegenen Brechern zerkleinert, die eine große Menge an Abfall produzieren - Hunderte von Millionen Tonnen. Dieser Abfall bleibt für Millionen von Jahren radioaktiv, nachdem die Anlage den Betrieb eingestellt hat, obwohl die Strahlung nur einen sehr kleinen Bruchteil des natürlichen Hintergrunds ausmacht.

Danach wird das Uran durch weitere Verarbeitung und Reinigung in Anreicherungsanlagen in Brennstoff umgewandelt. Diese Prozesse führen zu Luft- und Wasserverschmutzung, aber sie sind viel geringer als in anderen Phasen des Brennstoffkreislaufs.