Ao longo da história da vida na Terra, os organismos foram constantemente expostos aos raios cósmicos e aos radionuclídeos formados por eles na atmosfera, bem como à radiação de substâncias ubíquas na natureza. A vida moderna se adaptou a todas as características e limitações do ambiente, incluindo as fontes naturais de raios X.
Embora altos níveis de radiação sejam certamente prejudiciais aos organismos, certos tipos de radiação são essenciais à vida. Por exemplo, a radiação de fundo contribuiu para os processos fundamentais da evolução química e biológica. Também é óbvio o fato de que o calor do núcleo da Terra é fornecido e mantido pelo calor de decaimento de radionuclídeos naturais primários.
Raios Cósmicos
A radiação de origem extraterrestre que continuamente bombardeia a Terra é chamadaespaço.
O fato dessa radiação penetrante chegar ao nosso planeta do espaço sideral, e não da Terra, foi descoberto em experimentos para medir a ionização em várias altitudes, do nível do mar a 9.000 m. Verificou-se que a intensidade da radiação ionizante diminuiu até uma altura de 700 m, e depois aumentou rapidamente com a subida. A diminuição inicial pode ser explicada pela diminuição da intensidade dos raios gama terrestres e um aumento pela ação dos raios cósmicos.
As fontes de raios X no espaço são as seguintes:
- grupos de galáxias;
- Galáxias Seyfert;
- Sol;
- estrelas;
- quasars;
- buracos negros;
- restos de supernova;
- anãs brancas;
- estrelas escuras, etc.
A evidência de tal radiação, por exemplo, é um aumento na intensidade dos raios cósmicos observados na Terra após as explosões solares. Mas nossa estrela não faz a principal contribuição para o fluxo total, pois suas variações diárias são muito pequenas.
Dois tipos de raios
Os raios cósmicos são divididos em primários e secundários. A radiação que não interage com a matéria na atmosfera, litosfera ou hidrosfera da Terra é chamada de primária. Consiste em prótons (≈ 85%) e partículas alfa (≈ 14%), com fluxos muito menores (< 1%) de núcleos mais pesados. Os raios X cósmicos secundários, cujas fontes de radiação são a radiação primária e a atmosfera, são compostos de partículas subatômicas como píons, múons eelétrons. Ao nível do mar, quase toda a radiação observada consiste em raios cósmicos secundários, 68% dos quais são múons e 30% são elétrons. Menos de 1% do fluxo ao nível do mar é composto de prótons.
Os raios cósmicos primários, via de regra, possuem uma enorme energia cinética. Eles são carregados positivamente e ganham energia acelerando em campos magnéticos. No vácuo do espaço sideral, partículas carregadas podem existir por um longo tempo e viajar milhões de anos-luz. Durante este voo, eles adquirem alta energia cinética, da ordem de 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). As partículas individuais têm energias de até 1010 GeV.
As altas energias dos raios cósmicos primários permitem que eles literalmente dividam átomos na atmosfera da Terra quando colidem. Junto com nêutrons, prótons e partículas subatômicas, elementos leves como hidrogênio, hélio e berílio podem ser formados. Os múons estão sempre carregados e também decaem rapidamente em elétrons ou pósitrons.
Escudo Magnético
A intensidade dos raios cósmicos aumenta acentuadamente com a subida até atingir um máximo a uma altitude de cerca de 20 km. A partir de 20 km até o limite da atmosfera (até 50 km) a intensidade diminui.
Esse padrão é explicado pelo aumento na produção de radiação secundária como resultado do aumento da densidade do ar. A uma altitude de 20 km, a maior parte da radiação primária já entrou em interação, e a diminuição da intensidade de 20 km para o nível do mar reflete a absorção de raios secundários.atmosfera, equivalente a cerca de 10 metros de água.
A intensidade da radiação também está relacionada à latitude. Na mesma altitude, o fluxo cósmico aumenta do equador para uma latitude de 50-60° e permanece constante até os pólos. Isso é explicado pela forma do campo magnético da Terra e pela distribuição da energia da radiação primária. As linhas de campo magnético que se estendem além da atmosfera são geralmente paralelas à superfície da Terra no equador e perpendiculares nos pólos. Partículas carregadas se movem facilmente ao longo das linhas do campo magnético, mas dificilmente o superam na direção transversal. Dos polos até 60°, praticamente toda a radiação primária atinge a atmosfera da Terra, e no equador apenas partículas com energias superiores a 15 GeV podem penetrar no escudo magnético.
Fontes de raios X secundárias
Como resultado da interação dos raios cósmicos com a matéria, uma quantidade significativa de radionuclídeos é produzida continuamente. A maioria deles são fragmentos, mas alguns deles são formados pela ativação de átomos estáveis por nêutrons ou múons. A produção natural de radionuclídeos na atmosfera corresponde à intensidade da radiação cósmica em altura e latitude. Cerca de 70% deles se originam na estratosfera e 30% na troposfera.
Com exceção do H-3 e C-14, os radionuclídeos são normalmente encontrados em concentrações muito baixas. O trítio é diluído e misturado com água e H-2, e o C-14 combina-se com o oxigênio para formar CO2, que se mistura com o dióxido de carbono atmosférico. O carbono-14 entra nas plantas através da fotossíntese.
Radiação Terrestre
Dos muitos radionuclídeos que se formaram com a Terra, apenas alguns têm meia-vida longa o suficiente para explicar sua existência atual. Se nosso planeta se formou há cerca de 6 bilhões de anos, eles precisariam de uma meia-vida de pelo menos 100 milhões de anos para permanecerem em quantidades mensuráveis. Dos radionuclídeos primários descobertos até agora, três são da maior importância. A fonte de raios X é K-40, U-238 e Th-232. O urânio e o tório formam uma cadeia de produtos de decaimento que quase sempre estão na presença do isótopo original. Embora muitos dos radionuclídeos filhos tenham vida curta, eles são comuns no meio ambiente, pois são constantemente formados a partir de materiais originais de vida longa.
Outras fontes primordiais de raios X de vida longa, em suma, estão em concentrações muito baixas. Estes são Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, etc. Os nêutrons de ocorrência natural formam muitos outros radionuclídeos, mas sua concentração é geralmente muito baixa. A pedreira de Oklo, no Gabão, na África, contém evidências de um "reator natural" no qual ocorreram reações nucleares. O esgotamento do U-235 e a presença de produtos de fissão dentro de um rico depósito de urânio indicam que uma reação em cadeia induzida espontaneamente ocorreu aqui há cerca de 2 bilhões de anos.
Embora os radionuclídeos primordiais sejam onipresentes, sua concentração varia de acordo com a localização. PrincipalO reservatório de radioatividade natural é a litosfera. Além disso, muda significativamente dentro da litosfera. Às vezes está associado a certos tipos de compostos e minerais, às vezes é puramente regional, com pouca correlação com tipos de rochas e minerais.
A distribuição de radionuclídeos primários e seus produtos de decomposição de progênie em ecossistemas naturais depende de muitos fatores, incluindo as propriedades químicas dos nuclídeos, os fatores físicos do ecossistema e os atributos fisiológicos e ecológicos da flora e fauna. O intemperismo das rochas, seu principal reservatório, fornece ao solo U, Th e K. Os produtos de decomposição de Th e U também participam dessa transferência. Do solo, K, Ra, pouco U e muito pouco Th são absorvidos pelas plantas. Eles usam o potássio-40 da mesma forma que o K estável. O rádio, produto da decomposição do U-238, é usado pela planta, não por ser um isótopo, mas por ser quimicamente próximo ao cálcio. A absorção de urânio e tório pelas plantas é geralmente insignificante, pois esses radionuclídeos são geralmente insolúveis.
Radon
A mais importante de todas as fontes de radiação natural é o elemento insípido e inodoro, um gás invisível que é 8 vezes mais pesado que o ar, o radônio. Consiste em dois isótopos principais - radônio-222, um dos produtos de decaimento do U-238, e radônio-220, formado durante o decaimento do Th-232.
Rochas, solo, plantas, animais emitem radônio na atmosfera. O gás é um produto do decaimento do rádio e é produzido em qualquer materialque o contém. Como o radônio é um gás inerte, ele pode ser liberado de superfícies que entram em contato com a atmosfera. A quantidade de radônio que sai de uma determinada massa de rocha depende da quantidade de rádio e da área da superfície. Quanto menor a rocha, mais radônio ela pode liberar. A concentração de Rn no ar próximo a materiais contendo rádio também depende da velocidade do ar. Em porões, cavernas e minas com má circulação de ar, as concentrações de radônio podem atingir níveis significativos.
Rn decai rapidamente e forma vários radionuclídeos filhos. Uma vez formados na atmosfera, os produtos da decomposição do radônio combinam-se com partículas finas de poeira que se depositam no solo e nas plantas e também são inaladas pelos animais. A chuva é particularmente eficaz na remoção de elementos radioativos do ar, mas o impacto e a sedimentação das partículas de aerossol também contribuem para sua deposição.
Em climas temperados, as concentrações de radônio em ambientes internos são, em média, cerca de 5 a 10 vezes maiores do que em ambientes externos.
Ao longo das últimas décadas, o homem produziu "artificialmente" várias centenas de radionuclídeos, raios-X associados, fontes, propriedades que têm aplicações na medicina, militar, geração de energia, instrumentação e exploração mineral.
Os efeitos individuais das fontes de radiação feitas pelo homem variam muito. A maioria das pessoas recebe uma dose relativamente pequena de radiação artificial, mas algumas recebem milhares de vezes a radiação de fontes naturais. Fontes artificiais são melhorescontrolado do que natural.
Fontes de raios-X na medicina
Na indústria e na medicina, via de regra, são utilizados apenas radionuclídeos puros, o que simplifica a identificação de caminhos de vazamento de locais de armazenamento e o processo de descarte.
O uso da radiação na medicina é generalizado e tem potencial para ter um impacto significativo. Inclui fontes de raios X usadas na medicina para:
- diagnóstico;
- terapia;
- procedimentos analíticos;
- andando.
Para diagnóstico, são utilizadas fontes seladas e uma ampla variedade de traçadores radioativos. As instituições médicas geralmente distinguem entre essas aplicações como radiologia e medicina nuclear.
Um tubo de raios X é uma fonte de radiação ionizante? A tomografia computadorizada e a fluorografia são procedimentos diagnósticos bem conhecidos que são realizados com sua ajuda. Além disso, existem muitas aplicações de fontes isotópicas em radiografia médica, incluindo fontes gama e beta, e fontes experimentais de nêutrons para casos em que as máquinas de raios X são inconvenientes, inadequadas ou podem ser perigosas. Do ponto de vista ambiental, a radiação radiográfica não representa risco, desde que suas fontes permaneçam responsáveis e devidamente descartadas. A este respeito, a história dos elementos de rádio, agulhas de radônio e compostos luminescentes contendo rádio não é animadora.
Fontes de raios-X comumente usadas com base em 90Srou 147 Pm. O advento do 252Cf como um gerador de nêutrons portátil tornou a radiografia de nêutrons amplamente disponível, embora em geral a técnica ainda seja altamente dependente da disponibilidade de reatores nucleares.
Medicina Nuclear
Os principais riscos ambientais são os rótulos de radioisótopos em medicina nuclear e fontes de raios-X. Exemplos de influências indesejadas são as seguintes:
- irradiação do paciente;
- irradiação da equipe do hospital;
- exposição durante o transporte de medicamentos radioativos;
- impacto durante a produção;
- exposição a resíduos radioativos.
Nos últimos anos, tem havido uma tendência de redução da exposição do paciente através da introdução de isótopos de vida mais curta com efeito mais estreito e uso de drogas mais localizadas.
A meia-vida mais curta reduz o impacto dos resíduos radioativos, pois a maioria dos elementos de vida longa é excretada pelos rins.
O impacto ambiental dos esgotos não parece depender se o paciente é internado ou ambulatorial. Embora a maioria dos elementos radioativos liberados provavelmente tenham vida curta, o efeito cumulativo excede em muito os níveis de poluição de todas as usinas nucleares combinadas.
Os radionuclídeos mais usados na medicina são as fontes de raios X:
- 99mTc – varredura do crânio e do cérebro, varredura do sangue cerebral, coração, fígado, pulmão, tireoide, localização da placenta;
- 131I - sangue, fígado, localização placentária, tireóide e tratamento;
- 51Cr - determinação da duração da existência de glóbulos vermelhos ou sequestro, volume sanguíneo;
- 57Co - Teste de Schilling;
- 32P – metástases ósseas.
O uso generalizado de procedimentos de radioimunoensaio, urinálise e outros métodos de pesquisa usando compostos orgânicos rotulados aumentou significativamente o uso de preparações de cintilação líquida. As soluções de fósforo orgânico, geralmente à base de tolueno ou xileno, constituem um volume bastante grande de resíduos orgânicos líquidos que devem ser descartados. O processamento na forma líquida é potencialmente perigoso e ambientalmente inaceitável. Por esta razão, a incineração de resíduos é preferida.
Como o 3H ou 14C de longa duração se dissolve facilmente no ambiente, sua exposição está dentro da faixa normal. Mas o efeito cumulativo pode ser significativo.
Outro uso médico de radionuclídeos é o uso de baterias de plutônio para alimentar marcapassos. Milhares de pessoas estão vivas hoje porque esses dispositivos ajudam seus corações a funcionar. Fontes seladas de 238Pu (150 GBq) são implantadas cirurgicamente nos pacientes.
Raios X industriais: fontes, propriedades, aplicações
A medicina não é a única área em que esta parte do espectro eletromagnético encontrou aplicação. Radioisótopos e fontes de raios X utilizados na indústria são uma parte significativa da situação de radiação tecnogênica. Exemplos de aplicação:
- radiografia industrial;
- medição de radiação;
- detectores de fumaça;
- materiais auto-luminosos;
- Cristalografia de raios-X;
- scanners para triagem de bagagem e bagagem de mão;
- laser de raio-x;
- síncrotrons;
- ciclotrons.
Como a maioria dessas aplicações envolve o uso de isótopos encapsulados, a exposição à radiação ocorre durante o transporte, transferência, manutenção e descarte.
Um tubo de raios X é uma fonte de radiação ionizante na indústria? Sim, é utilizado em sistemas de ensaios não destrutivos de aeroportos, no estudo de cristais, materiais e estruturas e no controle industrial. Nas últimas décadas, as doses de exposição à radiação na ciência e na indústria atingiram metade do valor desse indicador na medicina; portanto, a contribuição é significativa.
Fontes de raios X encapsuladas por si só têm pouco efeito. Mas seu transporte e descarte são preocupantes quando são perdidos ou jogados erroneamente em um aterro sanitário. Tais fontesOs raios X são geralmente fornecidos e instalados como discos ou cilindros duplamente selados. As cápsulas são feitas de aço inoxidável e requerem verificação periódica quanto a vazamentos. A sua eliminação pode ser um problema. As fontes de vida curta podem ser armazenadas e degradadas, mas mesmo assim devem ser devidamente contabilizadas e o material ativo residual deve ser descartado em uma instalação licenciada. Caso contrário, as cápsulas devem ser enviadas para instituições especializadas. Seu poder determina o material e o tamanho da parte ativa da fonte de raios X.
Locais de armazenamento de origem de raios-X
Um problema crescente é o desmantelamento seguro e descontaminação de locais industriais onde materiais radioativos foram armazenados no passado. Trata-se principalmente de instalações de reprocessamento nuclear mais antigas, mas outras indústrias precisam ser envolvidas, como plantas para a produção de sinais de trítio autoluminosos.
Fontes de baixo nível de longa duração, que são generalizadas, são um problema particular. Por exemplo, 241Am é usado em detectores de fumaça. Além do radônio, essas são as principais fontes de radiação de raios X na vida cotidiana. Individualmente, eles não representam nenhum perigo, mas um número significativo deles pode apresentar um problema no futuro.
Explosões nucleares
Durante os últimos 50 anos, todos foram expostos à radiação de precipitação causada por testes de armas nucleares. Seu pico foi em1954-1958 e 1961-1962.
Em 1963, três países (URSS, EUA e Grã-Bretanha) assinaram um acordo sobre a proibição parcial de testes nucleares na atmosfera, oceano e espaço sideral. Nas duas décadas seguintes, a França e a China realizaram uma série de testes muito menores, que cessaram em 1980. Os testes subterrâneos ainda estão em andamento, mas geralmente não produzem precipitação.
A contaminação radioativa de testes atmosféricos cai perto do local da explosão. Alguns deles permanecem na troposfera e são levados pelo vento ao redor do mundo na mesma latitude. À medida que se movem, caem no chão, permanecendo cerca de um mês no ar. Mas a maioria é empurrada para a estratosfera, onde a poluição permanece por muitos meses e afunda lentamente em todo o planeta.
A precipitação radioativa inclui várias centenas de radionuclídeos diferentes, mas apenas alguns deles são capazes de afetar o corpo humano, portanto, seu tamanho é muito pequeno e o decaimento é rápido. Os mais significativos são C-14, Cs-137, Zr-95 e Sr-90.
Zr-95 tem meia-vida de 64 dias, enquanto Cs-137 e Sr-90 têm cerca de 30 anos. Apenas o carbono-14, com meia-vida de 5730, permanecerá ativo no futuro.
Energia Nuclear
A energia nuclear é a mais controversa de todas as fontes de radiação antropogênica, mas contribui muito pouco para os impactos na saúde humana. Durante a operação normal, as instalações nucleares liberam quantidades insignificantes de radiação no meio ambiente. Fevereiro de 2016Havia 442 reatores nucleares em operação civil em 31 países e mais 66 estavam em construção. Isso é apenas parte do ciclo de produção de combustível nuclear. Começa com a mineração e moagem de minério de urânio e continua com a fabricação de combustível nuclear. Depois de serem usadas em usinas de energia, as células de combustível às vezes são reprocessadas para recuperar urânio e plutônio. No final, o ciclo termina com o descarte do lixo nuclear. Em cada estágio deste ciclo, materiais radioativos podem ser liberados.
Cerca da metade da produção mundial de minério de urânio vem de minas a céu aberto, a outra metade de minas. Em seguida, é triturado em britadores próximos, que produzem uma grande quantidade de resíduos - centenas de milhões de toneladas. Esses resíduos permanecem radioativos por milhões de anos após a usina encerrar suas operações, embora a radiação seja uma fração muito pequena do fundo natural.
Depois disso, o urânio é transformado em combustível por meio de processamento adicional e purificação em usinas de enriquecimento. Esses processos levam à poluição do ar e da água, mas são muito menores do que em outros estágios do ciclo do combustível.
