Een radioactieve bron is een bepaalde hoeveelheid van een radionuclide die ioniserende straling uitzendt. Dit laatste omvat gewoonlijk gammastralen, alfa- en bètadeeltjes en neutronenstraling.
Rol van bronnen
Ze kunnen worden gebruikt voor bestraling, wanneer de straling een ioniserende functie vervult, of als bron van metrologische straling voor de kalibratie van het radiometrische proces en instrumentatie. Ze worden ook gebruikt om industriële processen te bewaken, zoals diktemetingen in de papier- en staalindustrie. Bronnen kunnen worden verzegeld in een container (hoog doordringende straling) of worden gedeponeerd op een oppervlak (laag doordringende straling), of in een vloeistof.
Betekenis en toepassing
Als stralingsbron worden ze in de geneeskunde gebruikt voor bestralingstherapie en in de industrie voor radiografie, bestralingvoedsel, sterilisatie, ongediertebestrijding en PVC-bestralingsverknoping.
Radionucliden
Radionucliden worden geselecteerd op basis van het type en de aard van de straling, de intensiteit en de halfwaardetijd. Veelvoorkomende bronnen van radionucliden zijn kob alt-60, iridium-192 en strontium-90. De meting van de hoeveelheid SI-bronactiviteit is de Becquerel, hoewel de historische Curie-eenheid nog steeds gedeeltelijk wordt gebruikt, bijvoorbeeld in de VS, ondanks het feit dat de Amerikaanse NIST het gebruik van de SI-eenheid sterk aanbeveelt. Om gezondheidsredenen is het verplicht in de EU.
Levensduur
Een stralingsbron leeft doorgaans 5 tot 15 jaar voordat zijn activiteit tot een veilig niveau da alt. Als er echter radionucliden met een lange halfwaardetijd beschikbaar zijn, kunnen ze veel langer als kalibratiehulpmiddelen worden gebruikt.
Gesloten en verborgen
Veel radioactieve bronnen zijn gesloten. Dit betekent dat ze permanent ofwel volledig in de capsule zijn opgenomen of stevig aan het oppervlak zijn gebonden door een vaste stof. Capsules zijn meestal gemaakt van roestvrij staal, titanium, platina of een ander inert metaal. Het gebruik van verzegelde bronnen elimineert vrijwel alle risico's van verspreiding van radioactief materiaal in de omgeving als gevolg van onjuiste behandeling, maar de container is niet ontworpen om straling te dempen, dus extra afscherming is vereist voor stralingsbescherming. Gesloten worden ook gebruikt in bijna alle gevallen waar nietchemische of fysische opname in een vloeistof of gas is vereist.
Verzegelde bronnen worden door de IAEA geclassificeerd op basis van hun activiteiten met betrekking tot een minimaal gevaarlijk radioactief object (dat aanzienlijke schade aan mensen kan toebrengen). De gebruikte verhouding is A/D, waarbij A de bronactiviteit is en D de minimale gevaarlijke activiteit.
Houd er rekening mee dat bronnen met een voldoende laag radioactief rendement (zoals die gebruikt in rookmelders) om mensen niet te schaden, niet worden geclassificeerd.
Capsules
Capsulebronnen, waar straling effectief uit een punt komt, worden gebruikt om bèta-, gamma- en röntgeninstrumenten te kalibreren. De laatste tijd zijn ze niet populair geworden, zowel als industriële objecten als als studieobjecten.
Plaatveren
Ze worden veel gebruikt voor het kalibreren van instrumenten voor radioactieve besmetting. Dat wil zeggen, in feite spelen ze de rol van een soort wonderbaarlijke tellers.
In tegenstelling tot een capsulebron, moet de achtergrond die wordt uitgestraald door een plaatbron zich op het oppervlak bevinden om te voorkomen dat de container vervaagt of zelfbeschermend wordt vanwege de aard van het materiaal. Dit is vooral belangrijk voor alfadeeltjes, die gemakkelijk worden tegengehouden door een kleine massa. De Bragg-curve toont het effect van demping in atmosferische lucht.
Ongeopend
Ongeopende bronnen zijn bronnen die zich niet in een permanent verzegelde verpakking bevinden en die veel worden gebruikt voor medische doeleinden. Ze zijn van toepassing in gevallenwanneer de bron moet worden opgelost in een vloeistof voor injectie in een patiënt of inname. Ze worden ook in de industrie op een vergelijkbare manier gebruikt voor lekdetectie als een radioactieve tracer.
Recycling en milieuaspecten
De berging van vervallen radioactieve bronnen levert soortgelijke problemen op als de berging van ander nucleair afval, zij het in mindere mate. Gebruikte laagactieve bronnen zijn soms inactief genoeg om te worden verwijderd met behulp van normale afvalverwijderingsmethoden, meestal op stortplaatsen. Andere verwijderingsmethoden zijn vergelijkbaar met die voor hoger radioactief afval, waarbij verschillende boorgatdiepten worden gebruikt, afhankelijk van de activiteit van het afval.
Een bekend geval van onzorgvuldig omgaan met een dergelijk object was een ongeval in Goiania, waarbij meerdere mensen om het leven kwamen.
Achtergrondstraling
Achtergrondstraling is altijd aanwezig op aarde. De meeste achtergrondstraling is van nature afkomstig van mineralen, terwijl een klein deel afkomstig is van door de mens gemaakte elementen. Natuurlijke radioactieve mineralen in aarde, bodem en water produceren achtergrondstraling. Het menselijk lichaam bevat zelfs enkele van deze natuurlijke radioactieve mineralen. Kosmische straling draagt ook bij aan de stralingsachtergrond om ons heen. Er kunnen grote variaties zijn in de natuurlijke achtergrondstralingsniveaus van plaats tot plaats, evenals veranderingen op dezelfde locatie in de loop van de tijd. Natuurlijke radio-isotopen zijn een zeer sterke achtergrondemitters.
Kosmische straling
Kosmische straling is afkomstig van extreem energetische deeltjes van de zon en sterren die de atmosfeer van de aarde binnenkomen. Dat wil zeggen, deze hemellichamen kunnen bronnen van radioactieve straling worden genoemd. Sommige deeltjes raken de grond, terwijl andere in wisselwerking staan met de atmosfeer, waardoor verschillende soorten straling ontstaan. Niveaus nemen toe naarmate je dichter bij een radioactief object komt, dus de hoeveelheid kosmische straling neemt gewoonlijk toe in verhouding tot de klim. Hoe hoger de hoogte, hoe hoger de dosis. Dit is de reden waarom degenen die in Denver, Colorado (5280 voet) wonen een hogere jaarlijkse dosis straling van kosmische straling ontvangen dan iemand die op zeeniveau (0 voet) leeft.
Uraniumwinning in Rusland blijft een controversieel en "hot" onderwerp, omdat dit werk extreem gevaarlijk is. Uranium en thorium die in de aarde worden aangetroffen, worden natuurlijk primaire radionucliden genoemd en zijn een bron van aardse straling. Sporen van uranium, thorium en hun vervalproducten zijn overal te vinden. Lees meer over radioactief verval. Terrestrische stralingsniveaus variëren per locatie, maar gebieden met hogere concentraties uranium en thorium in oppervlaktebodems ervaren doorgaans hogere dosisniveaus. Daarom lopen mensen die betrokken zijn bij uraniumwinning in Rusland een groot risico.
Straling en mensen
Sporen van radioactieve stoffen zijn te vinden in het menselijk lichaam (voornamelijk natuurlijk kalium-40). Het element is te vinden in voedsel, bodem en water, die weaanvaarden. Ons lichaam bevat kleine hoeveelheden straling omdat het lichaam niet-radioactieve en radioactieve vormen van kalium en andere elementen op dezelfde manier metaboliseert.
Een klein deel van de achtergrondstraling is afkomstig van menselijke activiteiten. Sporen van radioactieve elementen zijn in het milieu verspreid als gevolg van het testen van kernwapens en ongevallen zoals die in de kerncentrale van Tsjernobyl in Oekraïne. Kernreactoren laten kleine hoeveelheden radioactieve elementen vrij. Radioactieve materialen die in de industrie en zelfs in sommige consumentenproducten worden gebruikt, zenden ook kleine hoeveelheden achtergrondstraling uit.
We worden allemaal elke dag blootgesteld aan straling van natuurlijke bronnen, zoals mineralen in de aarde, en door de mens gemaakte bronnen, zoals medische röntgenstralen. Volgens de National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP) is de gemiddelde jaarlijkse menselijke blootstelling aan straling in de Verenigde Staten 620 millirem (6,2 millisievert).
In de natuur
Radioactieve stoffen komen vaak voor in de natuur. Sommigen van hen zijn te vinden in de bodem, rotsen, water, lucht en vegetatie, van waaruit ze worden ingeademd en ingenomen. Naast deze interne blootstelling wordt de mens ook extern blootgesteld aan radioactieve stoffen die buiten het lichaam blijven en aan kosmische straling uit de ruimte. De gemiddelde dagelijkse natuurlijke dosis voor mensen is ongeveer 2,4 mSv (240 mrem) per jaar.
Dit is vier keer dede wereldwijde gemiddelde blootstelling aan kunstmatige straling in de wereld, die in 2008 ongeveer 0,6 mrem (60 Rem) per jaar bedroeg. In sommige welvarende landen, zoals de VS en Japan, is de kunstmatige blootstelling gemiddeld groter dan de natuurlijke blootstelling vanwege de grotere toegang tot specifieke medische instrumenten. In Europa varieert de gemiddelde natuurlijke achtergrondblootstelling in verschillende landen van 2 mSv (200 mrem) per jaar in het Verenigd Koninkrijk tot meer dan 7 mSv (700 mrem) voor sommige groepen mensen in Finland.
Dagelijkse blootstelling
Blootstelling aan natuurlijke bronnen is een integraal onderdeel van het dagelijks leven, zowel op het werk als op openbare plaatsen. Dergelijke blootstellingen zijn in de meeste gevallen niet of nauwelijks van belang voor het publiek, maar in bepaalde situaties moeten gezondheidsbeschermende maatregelen in acht worden genomen, bijvoorbeeld bij het werken met uranium- en thoriumertsen en andere natuurlijk voorkomende radioactieve stoffen (NORM). Deze situaties hebben de afgelopen jaren de aandacht van het Agentschap gekregen. En dit zonder de voorbeelden te noemen van ongelukken met het vrijkomen van radioactieve stoffen, zoals de ramp in de kerncentrale van Tsjernobyl en in Fukushima, die wetenschappers en politici over de hele wereld dwong hun houding ten opzichte van het "vreedzame atoom" te heroverwegen.
Aardestraling
Aardestraling omvat alleen bronnen die buiten het lichaam blijven. Maar tegelijkertijd blijven het gevaarlijke radioactieve stralingsbronnen. De belangrijkste zorgwekkende radionucliden zijn kalium, uranium en thorium, hun vervalproducten. Ensommige, zoals radium en radon, zijn zeer radioactief maar komen voor in lage concentraties. Het aantal van deze objecten is onverbiddelijk verminderd sinds de vorming van de aarde. De huidige stralingsactiviteit die samenhangt met de aanwezigheid van uranium-238 is de helft minder dan aan het begin van het bestaan van onze planeet. Dit komt door de halfwaardetijd van 4,5 miljard jaar, en voor kalium-40 (halfwaardetijd van 1,25 miljard jaar) is dit slechts ongeveer 8% van het origineel. Maar tijdens het bestaan van de mensheid is de hoeveelheid straling heel licht afgenomen.
Veel isotopen met kortere halfwaardetijden (en dus een hoge radioactiviteit) zijn niet vervallen vanwege hun constante natuurlijke productie. Voorbeelden hiervan zijn radium-226 (het vervalproduct van thorium-230 in de vervalketen van uranium-238) en radon-222 (het vervalproduct van radium-226 in die keten).
Thorium en uranium
De radioactieve chemische elementen thorium en uranium ondergaan meestal alfa- en bètaverval en zijn niet gemakkelijk te detecteren. Dit maakt ze erg gevaarlijk. Hetzelfde kan echter gezegd worden over protonenstraling. Veel van hun nevenderivaten van deze elementen zijn echter ook sterke gammastralers. Thorium-232 wordt gedetecteerd met de 239 keV-piek van lood-212, 511, 583 en 2614 keV van thallium-208 en 911 en 969 keV van actinium-228. Het radioactieve chemische element uranium-238 verschijnt als bismut-214-pieken bij 609, 1120 en 1764 keV (zie dezelfde piek voor atmosferisch radon). Kalium-40 wordt direct gedetecteerd via de 1461 gammapiekkeV.
Het niveau boven de zee en andere grote watermassa's is meestal ongeveer een tiende van de achtergrond van de aarde. Omgekeerd kunnen kustgebieden (en regio's in de buurt van zoet water) een extra bijdrage hebben van verspreid sediment.
Radon
De grootste bron van radioactieve straling in de natuur is radon in de lucht, een radioactief gas dat vrijkomt uit de aarde. Radon en zijn isotopen, oorspronkelijke radionucliden en vervalproducten dragen bij tot de gemiddelde inadembare dosis van 1,26 mSv/jaar (millisievert per jaar). Radon is ongelijk verdeeld en varieert met het weer, zodat veel hogere doses worden gebruikt in veel delen van de wereld waar het een aanzienlijk gezondheidsrisico vormt. In gebouwen in Scandinavië, de Verenigde Staten, Iran en Tsjechië zijn concentraties gevonden die 500 keer hoger zijn dan het wereldgemiddelde. Radon is een vervalproduct van uranium dat relatief veel voorkomt in de aardkorst, maar meer geconcentreerd is in ertshoudende gesteenten verspreid over de hele wereld. Radon lekt uit deze ertsen in de atmosfeer of het grondwater, en sijpelt ook in gebouwen. Het kan samen met de vervalproducten in de longen worden ingeademd, waar ze na blootstelling enige tijd zullen blijven. Om deze reden is radon geclassificeerd als een natuurlijke stralingsbron.
Radonblootstelling
Hoewel radon van nature voorkomt, kunnen de effecten ervan worden versterkt of verminderd door menselijke activiteiten, zoals het bouwen van een huis. Slecht afgesloten kelderEen goed geïsoleerd huis kan leiden tot ophoping van radon in huis, waardoor de bewoners gevaar lopen. De wijdverbreide bouw van goed geïsoleerde en afgesloten huizen in de geïndustrialiseerde landen van het noorden heeft ertoe geleid dat radon een belangrijke bron van achtergrondstraling is geworden in sommige gemeenschappen in Noord-Noord-Amerika en Europa. Sommige bouwmaterialen, zoals lichtgewicht beton met schalie-aluin, fosforgips en Italiaanse tufsteen, kunnen radon afgeven als ze radium bevatten en poreus zijn voor gas.
Blootstelling aan straling door radon is indirect. Radon heeft een korte halfwaardetijd (4 dagen) en verv alt in andere vaste deeltjes van radioactieve nucliden van de radiumreeks. Deze radioactieve elementen worden ingeademd en blijven in de longen, waardoor langdurige blootstelling ontstaat. Zo wordt radon beschouwd als de tweede belangrijkste oorzaak van longkanker na roken, en alleen al in de VS is het verantwoordelijk voor tussen de 15.000 en 22.000 sterfgevallen door kanker per jaar. De discussie over de tegenovergestelde experimentele resultaten is echter nog gaande.
Het grootste deel van de atmosferische achtergrond wordt veroorzaakt door radon en zijn vervalproducten. Het gammaspectrum vertoont opvallende pieken bij 609, 1120 en 1764 keV, die behoren tot bismut-214, een vervalproduct van radon. De atmosferische achtergrond is sterk afhankelijk van de windrichting en meteorologische omstandigheden. Radon kan ook in uitbarstingen uit de grond vrijkomen en vervolgens "radonwolken" vormen die tientallen kilometers kunnen afleggen.
Ruimte achtergrond
De aarde en alle levende wezens erop zijn constantgebombardeerd door straling uit de ruimte. Deze straling bestaat voornamelijk uit positief geladen ionen, van protonen tot ijzer, en grotere kernen die buiten ons zonnestelsel worden geproduceerd. Deze straling interageert met atomen in de atmosfeer, waardoor een secundaire luchtstroom ontstaat, waaronder röntgenstralen, muonen, protonen, alfadeeltjes, pionen, elektronen en neutronen.
De directe dosis kosmische straling is voornamelijk afkomstig van muonen, neutronen en elektronen, en varieert in verschillende delen van de wereld, afhankelijk van het aardmagnetische veld en de hoogte. De stad Denver in de Verenigde Staten (op een hoogte van 1650 meter) ontvangt bijvoorbeeld ongeveer twee keer de dosis kosmische straling dan op een punt op zeeniveau.
Deze straling is veel sterker in de bovenste troposfeer op ongeveer 10 km en is daarom van bijzonder belang voor bemanningsleden en vaste passagiers die vele uren per jaar in deze omgeving doorbrengen. Volgens verschillende onderzoeken krijgen vliegtuigbemanningen tijdens hun vluchten doorgaans een extra beroepsdosis variërend van 2,2 mSv (220 mrem) per jaar tot 2,19 mSv/jaar.
Straling in een baan
Op dezelfde manier veroorzaken kosmische straling een hogere achtergrondblootstelling voor astronauten dan voor mensen op het aardoppervlak. Astronauten die in lage banen werken, zoals medewerkers van internationale ruimtestations of shuttles, worden gedeeltelijk beschermd door het aardmagnetisch veld, maar hebben ook last van de zogenaamde Van Allengordel, die het gevolg is van het aardmagnetisch veld. Buiten een lage baan om de aarde, zoalservaren door Apollo-astronauten die naar de maan reizen, is deze achtergrondstraling veel intenser en vormt een belangrijke barrière voor mogelijke toekomstige menselijke verkenning van de maan of Mars op lange termijn.
Kosmische invloeden veroorzaken ook elementaire transmutatie in de atmosfeer, waarbij de secundaire straling die door hen wordt gegenereerd, combineert met atoomkernen in de atmosfeer, waardoor verschillende nucliden worden gevormd. Er kunnen veel zogenaamde cosmogene nucliden worden geproduceerd, maar waarschijnlijk de meest opvallende is koolstof-14, dat wordt gevormd door interactie met stikstofatomen. Deze kosmogene nucliden bereiken uiteindelijk het aardoppervlak en kunnen worden opgenomen in levende organismen. De productie van deze nucliden varieert enigszins tijdens kortdurende metamorfosen van de zonneflux, maar wordt als praktisch constant beschouwd op grote schaal - van duizenden tot miljoenen jaren. De constante productie, opname en relatief korte halfwaardetijd van koolstof-14 zijn de principes die worden gebruikt bij de radiokoolstofdatering van oude biologische materialen zoals houten artefacten of menselijke resten.
Gammastraling
Kosmische straling op zeeniveau verschijnt typisch als 511 keV gammastraling van positronenvernietiging gecreëerd door kernreacties van hoogenergetische deeltjes en gammastralen. Op grote hoogte is er ook een bijdrage van het continue spectrum van remstraling. Daarom wordt onder wetenschappers de kwestie van zonnestraling en stralingsbalans als zeer belangrijk beschouwd.
Straling in het lichaam
De twee belangrijkste elementen waaruit het menselijk lichaam bestaat, namelijk kalium en koolstof, bevatten isotopen die onze dosis achtergrondstraling aanzienlijk verhogen. Dit betekent dat ze ook bronnen van radioactieve straling kunnen zijn.
Gevaarlijke chemische elementen en verbindingen hebben de neiging zich op te hopen. Het gemiddelde menselijk lichaam bevat ongeveer 17 milligram kalium-40 (40K) en ongeveer 24 nanogram (10-8 g) koolstof-14 (14C) (halfwaardetijd - 5.730 jaar). Exclusief interne besmetting door externe radioactieve materialen, zijn deze twee elementen de grootste componenten van interne blootstelling aan de biologisch functionele componenten van het menselijk lichaam. Ongeveer 4.000 kernen vervallen met 40K per seconde en hetzelfde aantal bij 14C. De energie van bètadeeltjes gevormd bij 40K is ongeveer 10 keer groter dan die van bètadeeltjes gevormd bij 14C.
14C is in het menselijk lichaam aanwezig bij ongeveer 3.700 Bq (0,1 µCi) met een biologische halfwaardetijd van 40 dagen. Dit betekent dat het verval van 14C ongeveer 3.700 bètadeeltjes per seconde produceert. Ongeveer de helft van de menselijke cellen bevat een 14C-atoom.
Wereldwijde gemiddelde interne dosis van andere radionucliden dan radon en zijn vervalproducten is 0,29 mSv/jr, waarvan 0,17 mSv/jr bij 40K, 0,12 mSv/jr afkomstig is van de uraniumreeks en thorium, en 12 μSv / jaar - vanaf 14C. Het is ook vermeldenswaard dat medische röntgenapparaten ook vaak worden gebruiktradioactief, maar hun straling is niet gevaarlijk voor de mens.
