A lo largo de la historia de la vida en la Tierra, los organismos han estado constantemente expuestos a los rayos cósmicos ya los radionucleidos formados por ellos en la atmósfera, así como a la radiación de sustancias omnipresentes en la naturaleza. La vida moderna se ha adaptado a todas las características y limitaciones del entorno, incluidas las fuentes naturales de rayos X.
Aunque los altos niveles de radiación son ciertamente dañinos para los organismos, ciertos tipos de radiación son esenciales para la vida. Por ejemplo, el fondo de radiación contribuyó a los procesos fundamentales de la evolución química y biológica. También es obvio el hecho de que el calor del núcleo de la Tierra es proporcionado y mantenido por el calor de desintegración de los radionúclidos naturales primarios.
Rayos cósmicos
La radiación de origen extraterrestre que continuamente bombardea la Tierra se llamaespacio.
El hecho de que esta radiación penetrante llegue a nuestro planeta desde el espacio exterior, y no desde la Tierra, se descubrió en experimentos para medir la ionización a varias altitudes, desde el nivel del mar hasta 9000 m. Se encontró que la intensidad de la radiación ionizante disminuyó hasta una altura de 700 m, y luego aumentó rápidamente con el ascenso. La disminución inicial puede explicarse por una disminución en la intensidad de los rayos gamma terrestres y un aumento por la acción de los rayos cósmicos.
Las fuentes de rayos X en el espacio son las siguientes:
- grupos de galaxias;
- Galaxias Seyfert;
- Dom;
- estrellas;
- cuásares;
- agujeros negros;
- restos de supernova;
- enanas blancas;
- estrellas oscuras, etc.
Evidencia de tal radiación, por ejemplo, es un aumento en la intensidad de los rayos cósmicos observados en la Tierra después de las erupciones solares. Pero nuestra estrella no hace la contribución principal al flujo total, ya que sus variaciones diarias son muy pequeñas.
Dos tipos de rayos
Los rayos cósmicos se dividen en primarios y secundarios. La radiación que no interactúa con la materia de la atmósfera, la litosfera o la hidrosfera de la Tierra se denomina primaria. Consiste en protones (≈ 85%) y partículas alfa (≈ 14%), con flujos mucho más pequeños (< 1%) de núcleos más pesados. Los rayos X cósmicos secundarios, cuyas fuentes de radiación son la radiación primaria y la atmósfera, están compuestos de partículas subatómicas como piones, muones yelectrones A nivel del mar, casi toda la radiación observada consiste en rayos cósmicos secundarios, el 68% de los cuales son muones y el 30% son electrones. Menos del 1 % del flujo a nivel del mar está formado por protones.
Los rayos cósmicos primarios, por regla general, tienen una enorme energía cinética. Están cargados positivamente y ganan energía acelerando en campos magnéticos. En el vacío del espacio exterior, las partículas cargadas pueden existir durante mucho tiempo y viajar millones de años luz. Durante este vuelo, adquieren una alta energía cinética, del orden de 2 a 30 GeV (1 GeV=109 eV). Las partículas individuales tienen energías de hasta 1010 GeV.
Las altas energías de los rayos cósmicos primarios les permiten dividir literalmente los átomos en la atmósfera terrestre cuando chocan. Junto con los neutrones, los protones y las partículas subatómicas, se pueden formar elementos ligeros como el hidrógeno, el helio y el berilio. Los muones siempre están cargados y también se descomponen rápidamente en electrones o positrones.
Escudo magnético
La intensidad de los rayos cósmicos aumenta bruscamente con el ascenso hasta alcanzar un máximo a una altitud de unos 20 km. Desde 20 km hasta el límite de la atmósfera (hasta 50 km) la intensidad disminuye.
Este patrón se explica por un aumento en la producción de radiación secundaria como resultado de un aumento en la densidad del aire. A una altitud de 20 km, la mayor parte de la radiación primaria ya ha entrado en interacción, y la disminución de la intensidad desde los 20 km hasta el nivel del mar refleja la absorción de los rayos secundarios.atmósfera, equivalente a unos 10 metros de agua.
La intensidad de la radiación también está relacionada con la latitud. A la misma altitud, el flujo cósmico aumenta desde el ecuador hasta una latitud de 50 a 60° y permanece constante hasta los polos. Esto se explica por la forma del campo magnético terrestre y la distribución de la energía de la radiación primaria. Las líneas de campo magnético que se extienden más allá de la atmósfera suelen ser paralelas a la superficie terrestre en el ecuador y perpendiculares en los polos. Las partículas cargadas se mueven fácilmente a lo largo de las líneas del campo magnético, pero difícilmente lo superan en la dirección transversal. Desde los polos hasta los 60°, prácticamente toda la radiación primaria llega a la atmósfera terrestre, y en el ecuador solo las partículas con energías superiores a 15 GeV pueden penetrar el escudo magnético.
Fuentes secundarias de rayos X
Como resultado de la interacción de los rayos cósmicos con la materia, se produce continuamente una cantidad significativa de radionucleidos. La mayoría son fragmentos, pero algunos están formados por la activación de átomos estables por neutrones o muones. La producción natural de radionucleidos en la atmósfera corresponde a la intensidad de la radiación cósmica en altura y latitud. Alrededor del 70% de ellos se originan en la estratosfera y el 30% en la troposfera.
Con la excepción de H-3 y C-14, los radionucleidos suelen encontrarse en concentraciones muy bajas. El tritio se diluye y se mezcla con agua y H-2, y el C-14 se combina con el oxígeno para formar CO2, que se mezcla con el dióxido de carbono atmosférico. El carbono 14 entra en las plantas a través de la fotosíntesis.
Radiación terrestre
De los muchos radionúclidos que se han formado con la Tierra, solo unos pocos tienen vidas medias lo suficientemente largas como para explicar su existencia actual. Si nuestro planeta se formó hace unos 6 mil millones de años, necesitarían una vida media de al menos 100 millones de años para permanecer en cantidades medibles. De los radionucleidos primarios descubiertos hasta ahora, tres son de la mayor importancia. La fuente de rayos X es K-40, U-238 y Th-232. El uranio y el torio forman cada uno una cadena de productos de descomposición que casi siempre están en presencia del isótopo original. Aunque muchos de los radionucleidos hijos tienen una vida corta, son comunes en el medio ambiente ya que se forman constantemente a partir de materiales parentales de larga vida.
Otras fuentes primordiales de rayos X de larga duración, en resumen, se encuentran en concentraciones muy bajas. Estos son Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, etc. Los neutrones naturales forman muchos otros radionucleidos, pero su concentración suele ser muy baja. La cantera de Oklo en Gabón, África, contiene evidencia de un "reactor natural" en el que tuvieron lugar reacciones nucleares. El agotamiento del U-235 y la presencia de productos de fisión dentro de un depósito rico en uranio indican que aquí se produjo una reacción en cadena inducida espontáneamente hace unos 2.000 millones de años.
Aunque los radionucleidos primordiales son ubicuos, su concentración varía según la ubicación. PrincipalEl reservorio de radiactividad natural es la litosfera. Además, cambia significativamente dentro de la litosfera. A veces se asocia con ciertos tipos de compuestos y minerales, a veces es puramente regional, con poca correlación con tipos de rocas y minerales.
La distribución de los radionucleidos primarios y sus productos de desintegración en los ecosistemas naturales depende de muchos factores, incluidas las propiedades químicas de los nucleidos, los factores físicos del ecosistema y los atributos fisiológicos y ecológicos de la flora y la fauna. La meteorización de las rocas, su principal depósito, suministra al suelo U, Th y K. Los productos de descomposición de Th y U también participan en esta transferencia. Del suelo, K, Ra, un poco de U y muy poco de Th son absorbidos por las plantas. Usan potasio-40 de la misma manera que el K estable. La planta usa radio, un producto de descomposición del U-238, no porque sea un isótopo, sino porque es químicamente cercano al calcio. La absorción de uranio y torio por las plantas suele ser insignificante, ya que estos radionucleidos suelen ser insolubles.
Radón
La más importante de todas las fuentes de radiación natural es el elemento insípido e inodoro, un gas invisible que es 8 veces más pesado que el aire, el radón. Consta de dos isótopos principales: el radón-222, uno de los productos de desintegración del U-238, y el radón-220, formado durante la desintegración del Th-232.
Rocas, suelo, plantas, animales emiten radón a la atmósfera. El gas es un producto de descomposición del radio y se produce en cualquier materialque lo contiene. Debido a que el radón es un gas inerte, puede liberarse de las superficies que entran en contacto con la atmósfera. La cantidad de radón que sale de una determinada masa de roca depende de la cantidad de radio y del área superficial. Cuanto más pequeña es la roca, más radón puede liberar. La concentración de Rn en el aire próximo a los materiales que contienen radio también depende de la velocidad del aire. En sótanos, cuevas y minas con poca circulación de aire, las concentraciones de radón pueden alcanzar niveles significativos.
Rn se descompone con bastante rapidez y forma una serie de radionucleidos hijos. Una vez formados en la atmósfera, los productos de descomposición del radón se combinan con partículas finas de polvo que se asientan en el suelo y las plantas, y también son inhaladas por los animales. La lluvia es particularmente eficaz para eliminar los elementos radiactivos del aire, pero el impacto y la sedimentación de las partículas de aerosol también contribuyen a su deposición.
En climas templados, las concentraciones de radón en interiores son, en promedio, de 5 a 10 veces más altas que en exteriores.
Durante las últimas décadas, el hombre ha producido "artificialmente" varios cientos de radionucleidos, rayos X asociados, fuentes, propiedades que tienen aplicaciones en la medicina, el ejército, la generación de energía, la instrumentación y la exploración de minerales.
Los efectos individuales de las fuentes de radiación artificiales varían mucho. La mayoría de las personas reciben una dosis relativamente pequeña de radiación artificial, pero algunas reciben miles de veces la radiación de fuentes naturales. Las fuentes artificiales son mejorescontrolado que natural.
Fuentes de rayos X en medicina
En la industria y la medicina, por regla general, solo se utilizan radionucleidos puros, lo que simplifica la identificación de vías de fuga desde los lugares de almacenamiento y el proceso de eliminación.
El uso de la radiación en medicina está muy extendido y tiene el potencial de tener un impacto significativo. Incluye fuentes de rayos X utilizadas en medicina para:
- diagnóstico;
- terapia;
- procedimientos analíticos;
- ritmo.
Para el diagnóstico, se utilizan fuentes selladas y una amplia variedad de trazadores radiactivos. Las instituciones médicas generalmente distinguen entre estas aplicaciones como radiología y medicina nuclear.
¿Es un tubo de rayos X una fuente de radiación ionizante? La tomografía computarizada y la fluorografía son procedimientos de diagnóstico bien conocidos que se realizan con su ayuda. Además, hay muchas aplicaciones de fuentes de isótopos en radiografía médica, incluidas fuentes gamma y beta, y fuentes de neutrones experimentales para casos en los que las máquinas de rayos X son inconvenientes, inapropiadas o pueden ser peligrosas. Desde un punto de vista ambiental, la radiación radiográfica no representa un riesgo siempre y cuando sus fuentes sean responsables y se eliminen adecuadamente. En este sentido, la historia de los elementos de radio, las agujas de radón y los compuestos luminiscentes que contienen radio no es alentadora.
Fuentes de rayos X de uso común basadas en 90Sro 147 PM. El advenimiento de 252Cf como generador de neutrones portátil ha hecho que la radiografía de neutrones esté ampliamente disponible, aunque en general la técnica sigue dependiendo en gran medida de la disponibilidad de reactores nucleares.
Medicina nuclear
Los principales peligros ambientales son las etiquetas de radioisótopos en la medicina nuclear y las fuentes de rayos X. Ejemplos de influencias no deseadas son los siguientes:
- irradiación del paciente;
- irradiación del personal hospitalario;
- exposición durante el transporte de productos farmacéuticos radiactivos;
- impacto durante la producción;
- exposición a residuos radiactivos.
En los últimos años, ha habido una tendencia a reducir la exposición de los pacientes mediante la introducción de isótopos de vida más corta con un efecto más limitado y el uso de fármacos más localizados.
Una vida media más corta reduce el impacto de los desechos radiactivos, ya que la mayoría de los elementos de vida prolongada se excretan a través de los riñones.
El impacto ambiental de las alcantarillas no parece depender de si el paciente es hospitalizado o ambulatorio. Si bien es probable que la mayoría de los elementos radiactivos liberados sean de corta duración, el efecto acumulativo supera con creces los niveles de contaminación de todas las centrales nucleares combinadas.
Los radionucleidos más utilizados en medicina son las fuentes de rayos X:
- 99mTc: exploración de cráneo y cerebro, exploración de sangre cerebral, exploración de corazón, hígado, pulmón, tiroides, localización placentaria;
- 131I - sangre, gammagrafía hepática, localización placentaria, gammagrafía tiroidea y tratamiento;
- 51Cr - determinación de la duración de la existencia de glóbulos rojos o secuestro, volumen sanguíneo;
- 57Co - Test de chelines;
- 32P – metástasis óseas.
El uso generalizado de procedimientos de radioinmunoensayo, análisis de orina y otros métodos de investigación que utilizan compuestos orgánicos marcados ha aumentado significativamente el uso de preparaciones líquidas de centelleo. Las soluciones de fósforo orgánico, generalmente a base de tolueno o xileno, constituyen un volumen bastante grande de residuos orgánicos líquidos que deben eliminarse. El procesamiento en forma líquida es potencialmente peligroso y ambientalmente inaceptable. Por esta razón, se prefiere la incineración de residuos.
Dado que los 3H o 14C de larga duración se disuelven fácilmente en el medio ambiente, su exposición está dentro del rango normal. Pero el efecto acumulativo puede ser significativo.
Otro uso médico de los radionúclidos es el uso de baterías de plutonio para alimentar marcapasos. Miles de personas están vivas hoy porque estos dispositivos ayudan a que sus corazones funcionen. Fuentes selladas de 238Pu (150 GBq) se implantan quirúrgicamente en pacientes.
Rayos X industriales: fuentes, propiedades, aplicaciones
La medicina no es la única área en la que esta parte del espectro electromagnético ha encontrado aplicación. Los radioisótopos y las fuentes de rayos X utilizados en la industria son una parte importante de la situación de la radiación tecnogénica. Ejemplos de aplicación:
- radiografía industrial;
- medición de radiación;
- detectores de humo;
- materiales autoluminosos;
- cristalografía de rayos X;
- escáneres para inspeccionar equipaje y equipaje de mano;
- láseres de rayos X;
- sincrotrones;
- ciclotrones.
Debido a que la mayoría de estas aplicaciones implican el uso de isótopos encapsulados, la exposición a la radiación se produce durante el transporte, la transferencia, el mantenimiento y la eliminación.
¿Es un tubo de rayos X una fuente de radiación ionizante en la industria? Sí, se utiliza en sistemas de ensayos no destructivos aeroportuarios, en el estudio de cristales, materiales y estructuras, y en control industrial. Durante las últimas décadas, las dosis de exposición a la radiación en la ciencia y la industria han alcanzado la mitad del valor de este indicador en medicina; por lo tanto, la contribución es significativa.
Las fuentes de rayos X encapsuladas por sí mismas tienen poco efecto. Pero su transporte y eliminación son preocupantes cuando se pierden o se tiran por error en un vertedero. Tales fuentesLos rayos X generalmente se suministran e instalan como discos o cilindros doblemente sellados. Las cápsulas están hechas de acero inoxidable y requieren controles periódicos para detectar fugas. Su eliminación puede ser un problema. Las fuentes de vida corta pueden almacenarse y degradarse, pero aun así deben contabilizarse adecuadamente y el material activo residual debe eliminarse en una instalación autorizada. De lo contrario, las cápsulas deben enviarse a instituciones especializadas. Su potencia determina el material y el tamaño de la parte activa de la fuente de rayos X.
Ubicaciones de almacenamiento de fuentes de rayos X
Un problema creciente es el desmantelamiento y la descontaminación seguros de los sitios industriales donde se han almacenado materiales radiactivos en el pasado. En su mayoría, se trata de instalaciones de reprocesamiento nuclear más antiguas, pero es necesario involucrar a otras industrias, como las plantas para la producción de letreros de tritio autoluminosos.
Las fuentes de bajo nivel de larga duración, que están muy extendidas, son un problema particular. Por ejemplo, 241Am se usa en detectores de humo. Además del radón, estas son las principales fuentes de radiación de rayos X en la vida cotidiana. Individualmente, no representan ningún peligro, pero un número significativo de ellos puede presentar un problema en el futuro.
Explosiones nucleares
Durante los últimos 50 años, todos han estado expuestos a la radiación de la lluvia radiactiva causada por las pruebas de armas nucleares. Su pico estaba en1954-1958 y 1961-1962.
En 1963, tres países (URSS, EE. UU. y Gran Bretaña) firmaron un acuerdo sobre la prohibición parcial de las pruebas nucleares en la atmósfera, el océano y el espacio exterior. Durante las próximas dos décadas, Francia y China realizaron una serie de pruebas mucho más pequeñas, que cesaron en 1980. Las pruebas subterráneas todavía están en marcha, pero generalmente no producen precipitaciones.
La contaminación radiactiva de las pruebas atmosféricas cae cerca del lugar de la explosión. Algunos de ellos permanecen en la troposfera y son llevados por el viento alrededor del mundo en la misma latitud. A medida que avanzan, caen al suelo, permaneciendo alrededor de un mes en el aire. Pero la mayoría son empujados a la estratosfera, donde la contaminación permanece durante muchos meses y se hunde lentamente en todo el planeta.
La lluvia radiactiva incluye varios cientos de radionúclidos diferentes, pero solo unos pocos de ellos pueden afectar el cuerpo humano, por lo que su tamaño es muy pequeño y la descomposición es rápida. Los más significativos son C-14, Cs-137, Zr-95 y Sr-90.
Zr-95 tiene una vida media de 64 días, mientras que Cs-137 y Sr-90 tienen unos 30 años. Solo el carbono 14, con una vida media de 5730, permanecerá activo en el futuro.
Energía nuclear
La energía nuclear es la más controvertida de todas las fuentes de radiación antropogénica, pero contribuye muy poco a los impactos en la salud humana. Durante el funcionamiento normal, las instalaciones nucleares emiten cantidades insignificantes de radiación al medio ambiente. febrero 2016Había 442 reactores nucleares en funcionamiento civil en 31 países y 66 más estaban en construcción. Esto es sólo una parte del ciclo de producción de combustible nuclear. Comienza con la extracción y molienda de mineral de uranio y continúa con la fabricación de combustible nuclear. Después de usarse en plantas de energía, las celdas de combustible a veces se reprocesan para recuperar uranio y plutonio. Al final, el ciclo termina con la eliminación de los desechos nucleares. En cada etapa de este ciclo, se pueden liberar materiales radiactivos.
Cerca de la mitad de la producción mundial de mineral de uranio proviene de tajos abiertos y la otra mitad de minas. Luego se tritura en trituradoras cercanas, que producen una gran cantidad de desechos: cientos de millones de toneladas. Estos desechos permanecen radiactivos durante millones de años después de que la planta cesa sus operaciones, aunque la radiación es una fracción muy pequeña del fondo natural.
Después de eso, el uranio se convierte en combustible a través de un mayor procesamiento y purificación en las plantas de enriquecimiento. Estos procesos conducen a la contaminación del aire y del agua, pero son mucho menores que en otras etapas del ciclo del combustible.
