Sepanjang sejarah kehidupan di Bumi, organisme terus-menerus terpapar sinar kosmik dan radionuklida yang terbentuk olehnya di atmosfer, serta radiasi dari zat yang ada di mana-mana di alam. Kehidupan modern telah beradaptasi dengan semua fitur dan keterbatasan lingkungan, termasuk sumber alami sinar-X.
Meskipun radiasi tingkat tinggi tentu berbahaya bagi organisme, jenis radiasi tertentu sangat penting untuk kehidupan. Misalnya, latar belakang radiasi berkontribusi pada proses dasar evolusi kimia dan biologi. Juga jelas adalah fakta bahwa panas inti bumi disediakan dan dipertahankan oleh panas peluruhan radionuklida alami primer.
Sinar kosmik
Radiasi yang berasal dari luar bumi yang terus menerus membombardir bumi disebutspasi.
Fakta bahwa radiasi penetrasi ini mencapai planet kita dari luar angkasa, dan bukan dari Bumi, ditemukan dalam eksperimen untuk mengukur ionisasi pada berbagai ketinggian, dari permukaan laut hingga 9000 m. Ditemukan bahwa intensitas radiasi pengion menurun hingga ketinggian 700 m, dan kemudian meningkat pesat dengan pendakian. Penurunan awal dapat dijelaskan dengan penurunan intensitas sinar gamma terestrial, dan peningkatan aksi sinar kosmik.
Sumber sinar-X di luar angkasa adalah sebagai berikut:
- kelompok galaksi;
- Galaksi Seyfert;
- Matahari;
- bintang;
- quasar;
- lubang hitam;
- sisa-sisa supernova;
- katai putih;
- bintang gelap, dll.
Bukti radiasi tersebut, misalnya, adalah peningkatan intensitas sinar kosmik yang diamati di Bumi setelah semburan matahari. Tetapi bintang kita tidak memberikan kontribusi utama pada fluks total, karena variasi hariannya sangat kecil.
Dua jenis sinar
Sinar kosmik dibagi menjadi primer dan sekunder. Radiasi yang tidak berinteraksi dengan materi di atmosfer, litosfer atau hidrosfer Bumi disebut primer. Ini terdiri dari proton (≈ 85%) dan partikel alfa (≈ 14%), dengan fluks yang jauh lebih kecil (< 1%) dari inti yang lebih berat. Sinar-X kosmik sekunder, yang sumber radiasinya adalah radiasi primer dan atmosfer, terdiri dari partikel subatomik seperti pion, muon, danelektron. Di permukaan laut, hampir semua radiasi yang diamati terdiri dari sinar kosmik sekunder, 68% di antaranya adalah muon dan 30% adalah elektron. Kurang dari 1% fluks di permukaan laut terdiri dari proton.
Sinar kosmik primer, biasanya, memiliki energi kinetik yang sangat besar. Mereka bermuatan positif dan mendapatkan energi dengan mempercepat di medan magnet. Di ruang hampa luar angkasa, partikel bermuatan dapat eksis untuk waktu yang lama dan menempuh perjalanan jutaan tahun cahaya. Selama penerbangan ini, mereka memperoleh energi kinetik yang tinggi, pada urutan 2–30 GeV (1 GeV=109 eV). Partikel individu memiliki energi hingga 1010 GeV.
Energi tinggi sinar kosmik primer memungkinkan mereka untuk benar-benar membelah atom di atmosfer bumi ketika mereka bertabrakan. Seiring dengan neutron, proton, dan partikel subatomik, unsur-unsur ringan seperti hidrogen, helium, dan berilium dapat dibentuk. Muon selalu bermuatan dan juga cepat meluruh menjadi elektron atau positron.
Perisai Magnetik
Intensitas sinar kosmik meningkat tajam dengan pendakian hingga mencapai maksimum pada ketinggian sekitar 20 km. Dari 20 km sampai batas atmosfer (sampai 50 km) intensitasnya berkurang.
Pola ini dijelaskan oleh peningkatan produksi radiasi sekunder sebagai akibat dari peningkatan kepadatan udara. Pada ketinggian 20 km, sebagian besar radiasi primer telah memasuki interaksi, dan penurunan intensitas dari 20 km ke permukaan laut mencerminkan penyerapan sinar sekunder.atmosfer, setara dengan sekitar 10 meter air.
Intensitas radiasi juga terkait dengan garis lintang. Pada ketinggian yang sama, aliran kosmik meningkat dari khatulistiwa ke garis lintang 50-60 ° dan tetap konstan hingga ke kutub. Hal ini dijelaskan oleh bentuk medan magnet bumi dan distribusi energi radiasi primer. Garis-garis medan magnet yang melampaui atmosfer biasanya sejajar dengan permukaan bumi di ekuator dan tegak lurus di kutub. Partikel bermuatan dengan mudah bergerak di sepanjang garis medan magnet, tetapi sulit mengatasinya dalam arah melintang. Dari kutub hingga 60°, hampir semua radiasi primer mencapai atmosfer bumi, dan di ekuator hanya partikel dengan energi melebihi 15 GeV yang dapat menembus perisai magnet.
Sumber sinar-X Sekunder
Sebagai hasil interaksi sinar kosmik dengan materi, sejumlah besar radionuklida terus diproduksi. Kebanyakan dari mereka adalah fragmen, tetapi beberapa di antaranya dibentuk oleh aktivasi atom stabil oleh neutron atau muon. Produksi alami radionuklida di atmosfer sesuai dengan intensitas radiasi kosmik di ketinggian dan garis lintang. Sekitar 70% di antaranya berasal dari stratosfer, dan 30% di troposfer.
Dengan pengecualian H-3 dan C-14, radionuklida biasanya ditemukan dalam konsentrasi yang sangat rendah. Tritium diencerkan dan dicampur dengan air dan H-2, dan C-14 bergabung dengan oksigen membentuk CO2, yang bercampur dengan karbon dioksida atmosfer. Karbon-14 masuk ke tanaman melalui fotosintesis.
Radiasi Bumi
Dari banyak radionuklida yang terbentuk dengan Bumi, hanya sedikit yang memiliki waktu paruh cukup lama untuk menjelaskan keberadaan mereka saat ini. Jika planet kita terbentuk sekitar 6 miliar tahun yang lalu, mereka akan membutuhkan waktu paruh setidaknya 100 juta tahun untuk tetap dalam jumlah yang terukur. Dari radionuklida utama yang sejauh ini ditemukan, tiga adalah yang paling penting. Sumber sinar-X adalah K-40, U-238 dan Th-232. Uranium dan thorium masing-masing membentuk rantai produk peluruhan yang hampir selalu ada di isotop aslinya. Meskipun banyak dari radionuklida anak berumur pendek, mereka umum di lingkungan karena mereka terus-menerus terbentuk dari bahan induk berumur panjang.
Sumber sinar-X primordial berumur panjang lainnya, singkatnya, berada dalam konsentrasi yang sangat rendah. Ini adalah Rb-87, La-138, Ce-142, Sm-147, Lu-176, dll. Neutron yang terbentuk secara alami membentuk banyak radionuklida lain, tetapi konsentrasinya biasanya sangat rendah. Tambang Oklo di Gabon, Afrika, berisi bukti "reaktor alami" tempat berlangsungnya reaksi nuklir. Menipisnya U-235 dan adanya produk fisi dalam deposit uranium yang kaya menunjukkan bahwa reaksi berantai yang diinduksi secara spontan terjadi di sini sekitar 2 miliar tahun yang lalu.
Meskipun radionuklida primordial ada di mana-mana, konsentrasinya bervariasi menurut lokasi. UtamaReservoir radioaktivitas alam adalah litosfer. Selain itu, ia berubah secara signifikan di dalam litosfer. Kadang-kadang berasosiasi dengan jenis senyawa dan mineral tertentu, kadang-kadang murni regional, dengan sedikit korelasi dengan jenis batuan dan mineral.
Distribusi radionuklida primer dan produk peluruhan keturunannya di ekosistem alami bergantung pada banyak faktor, termasuk sifat kimia nuklida, faktor fisik ekosistem, dan atribut fisiologis dan ekologis flora dan fauna. Pelapukan batuan, reservoir utamanya, memasok U, Th dan K ke tanah. Produk peluruhan Th dan U juga mengambil bagian dalam transfer ini. Dari tanah, K, Ra, sedikit U dan sedikit Th diserap oleh tanaman. Mereka menggunakan kalium-40 dengan cara yang sama seperti K. Radium stabil, produk peluruhan U-238, digunakan oleh tanaman, bukan karena merupakan isotop, tetapi karena secara kimiawi dekat dengan kalsium. Penyerapan uranium dan thorium oleh tanaman umumnya dapat diabaikan karena radionuklida ini biasanya tidak larut.
Radon
Yang paling penting dari semua sumber radiasi alam adalah unsur hambar, tidak berbau, gas tak kasat mata yang 8 kali lebih berat dari udara, radon. Ini terdiri dari dua isotop utama - radon-222, salah satu produk peluruhan U-238, dan radon-220, terbentuk selama peluruhan Th-232.
Batu, tanah, tumbuhan, hewan memancarkan radon ke atmosfer. Gas adalah produk peluruhan radium dan diproduksi dalam bahan apa punyang berisi itu. Karena radon adalah gas inert, ia dapat dilepaskan dari permukaan yang bersentuhan dengan atmosfer. Jumlah radon yang keluar dari massa batuan tertentu tergantung pada jumlah radium dan luas permukaan. Semakin kecil batunya, semakin banyak radon yang dapat dilepaskannya. Konsentrasi Rn di udara di sebelah bahan yang mengandung radium juga tergantung pada kecepatan udara. Di ruang bawah tanah, gua dan tambang yang memiliki sirkulasi udara yang buruk, konsentrasi radon dapat mencapai tingkat yang signifikan.
Rn meluruh cukup cepat dan membentuk sejumlah radionuklida anak. Setelah terbentuk di atmosfer, produk peluruhan radon bergabung dengan partikel debu halus yang mengendap di tanah dan tanaman, dan juga terhirup oleh hewan. Curah hujan sangat efektif dalam membersihkan unsur radioaktif dari udara, tetapi dampak dan pengendapan partikel aerosol juga berkontribusi terhadap pengendapannya.
Di iklim sedang, konsentrasi radon dalam ruangan rata-rata sekitar 5 hingga 10 kali lebih tinggi daripada di luar ruangan.
Selama beberapa dekade terakhir, manusia telah "secara artifisial" menghasilkan beberapa ratus radionuklida, sinar-X terkait, sumber, sifat yang memiliki aplikasi dalam kedokteran, militer, pembangkit listrik, instrumentasi, dan eksplorasi mineral.
Efek individu dari sumber radiasi buatan manusia sangat bervariasi. Kebanyakan orang menerima dosis radiasi buatan yang relatif kecil, tetapi beberapa menerima ribuan kali radiasi dari sumber alami. Sumber buatan manusia lebih baikdikendalikan dari alam.
Sumber sinar-X dalam kedokteran
Dalam industri dan obat-obatan, biasanya hanya radionuklida murni yang digunakan, yang menyederhanakan identifikasi jalur kebocoran dari tempat penyimpanan dan proses pembuangan.
Penggunaan radiasi dalam pengobatan sudah meluas dan berpotensi memberikan dampak yang signifikan. Ini termasuk sumber sinar-X yang digunakan dalam pengobatan untuk:
- diagnostik;
- terapi;
- prosedur analitis;
- mondar-mandir.
Untuk diagnostik, baik sumber tertutup maupun berbagai pelacak radioaktif digunakan. Institusi medis umumnya membedakan antara aplikasi ini sebagai radiologi dan kedokteran nuklir.
Apakah tabung sinar-x merupakan sumber radiasi pengion? Computed tomography dan fluorography adalah prosedur diagnostik terkenal yang dilakukan dengan bantuannya. Selain itu, ada banyak aplikasi sumber isotop dalam radiografi medis, termasuk sumber gamma dan beta, dan sumber neutron eksperimental untuk kasus di mana mesin sinar-x tidak nyaman, tidak sesuai, atau mungkin berbahaya. Dari sudut pandang lingkungan, radiasi radiografi tidak menimbulkan risiko selama sumbernya tetap dapat dipertanggungjawabkan dan dibuang dengan benar. Dalam hal ini, sejarah unsur radium, jarum radon dan senyawa luminescent yang mengandung radium tidak menggembirakan.
Sumber sinar-X yang umum digunakan berdasarkan 90Sratau 147 Pm. Munculnya 252Cf sebagai generator neutron portabel telah membuat radiografi neutron tersedia secara luas, meskipun secara umum teknik ini masih sangat tergantung pada ketersediaan reaktor nuklir.
Pengobatan Nuklir
Bahaya lingkungan utama adalah label radioisotop dalam kedokteran nuklir dan sumber sinar-X. Contoh pengaruh yang tidak diinginkan adalah sebagai berikut:
- iradiasi pasien;
- iradiasi staf rumah sakit;
- paparan selama pengangkutan obat-obatan radioaktif;
- dampak selama produksi;
- paparan limbah radioaktif.
Dalam beberapa tahun terakhir, ada kecenderungan untuk mengurangi paparan pasien melalui pengenalan isotop berumur pendek dengan efek yang lebih sempit dan penggunaan obat yang lebih terlokalisasi.
Waktu paruh yang lebih pendek mengurangi dampak limbah radioaktif, karena sebagian besar elemen berumur panjang diekskresikan melalui ginjal.
Dampak lingkungan dari saluran pembuangan tampaknya tidak tergantung pada pasien rawat inap atau rawat jalan. Sementara sebagian besar elemen radioaktif yang dilepaskan kemungkinan berumur pendek, efek kumulatifnya jauh melebihi tingkat polusi dari semua pembangkit listrik tenaga nuklir yang digabungkan.
Radionuklida yang paling umum digunakan dalam pengobatan adalah sumber sinar-X:
- 99mTc – pemindaian tengkorak dan otak, pemindaian darah otak, jantung, hati, paru-paru, pemindaian tiroid, lokalisasi plasenta;
- 131I - darah, pemindaian hati, lokalisasi plasenta, pemindaian dan pengobatan tiroid;
- 51Cr - penentuan durasi keberadaan sel darah merah atau sekuestrasi, volume darah;
- 57Co - Tes Schilling;
- 32P – metastasis tulang.
Meluasnya penggunaan prosedur radioimmunoassay, urinalisis, dan metode penelitian lainnya menggunakan senyawa organik berlabel telah secara signifikan meningkatkan penggunaan sediaan sintilasi cair. Larutan fosfor organik, biasanya berbahan dasar toluena atau xilena, merupakan limbah organik cair dengan volume yang cukup besar yang harus dibuang. Pemrosesan dalam bentuk cair berpotensi berbahaya dan tidak dapat diterima lingkungan. Untuk alasan ini, pembakaran sampah lebih disukai.
Karena 3H atau 14C berumur panjang mudah larut di lingkungan, paparannya berada dalam kisaran normal. Tapi efek kumulatifnya bisa signifikan.
Penggunaan radionuklida medis lainnya adalah penggunaan baterai plutonium untuk menggerakkan alat pacu jantung. Ribuan orang hidup hari ini karena perangkat ini membantu fungsi jantung mereka. Sumber tertutup 238Pu (150 GBq) ditanamkan melalui pembedahan pada pasien.
Sinar-X Industri: sumber, properti, aplikasi
Kedokteran bukan satu-satunya bidang di mana bagian dari spektrum elektromagnetik ini telah menemukan aplikasinya. Radioisotop dan sumber sinar-X yang digunakan dalam industri merupakan bagian penting dari situasi radiasi teknogenik. Contoh aplikasi:
- radiografi industri;
- pengukuran radiasi;
- detektor asap;
- bahan self-luminous;
- kristalografi sinar-X;
- scanner untuk menyaring bagasi dan tas tangan;
- laser sinar-x;
- sinkronisasi;
- siklotron.
Karena sebagian besar aplikasi ini melibatkan penggunaan isotop yang dienkapsulasi, paparan radiasi terjadi selama pengangkutan, transfer, pemeliharaan, dan pembuangan.
Apakah tabung sinar-X merupakan sumber radiasi pengion dalam industri? Ya, ini digunakan dalam sistem pengujian non-destruktif bandara, dalam studi kristal, bahan dan struktur, dan dalam kontrol industri. Selama beberapa dekade terakhir, dosis paparan radiasi dalam sains dan industri telah mencapai setengah dari nilai indikator ini dalam pengobatan; maka kontribusinya signifikan.
Sumber sinar-X yang dienkapsulasi sendiri memiliki pengaruh yang kecil. Tetapi transportasi dan pembuangannya mengkhawatirkan ketika hilang atau salah dibuang di tempat pembuangan sampah. Sumber seperti ituSinar-X biasanya dipasok dan dipasang sebagai cakram atau silinder yang disegel ganda. Kapsul terbuat dari stainless steel dan memerlukan pemeriksaan berkala untuk kebocoran. Pembuangan mereka bisa menjadi masalah. Sumber berumur pendek dapat disimpan dan didegradasi, tetapi meskipun demikian sumber tersebut harus diperhitungkan dengan benar dan sisa bahan aktif harus dibuang di fasilitas berlisensi. Jika tidak, kapsul harus dikirim ke lembaga khusus. Kekuatannya menentukan bahan dan ukuran bagian aktif dari sumber sinar-X.
lokasi penyimpanan sumber sinar-X
Masalah yang berkembang adalah dekomisioning dan dekontaminasi yang aman dari lokasi industri di mana bahan radioaktif telah disimpan di masa lalu. Ini sebagian besar adalah fasilitas pemrosesan ulang nuklir yang lebih tua, tetapi industri lain perlu dilibatkan, seperti pabrik untuk produksi tanda tritium bercahaya sendiri.
Sumber tingkat rendah berumur panjang, yang tersebar luas, adalah masalah khusus. Misalnya, 241Am digunakan dalam detektor asap. Selain radon, ini adalah sumber utama radiasi sinar-X dalam kehidupan sehari-hari. Secara individu, mereka tidak menimbulkan bahaya, tetapi sejumlah besar dari mereka dapat menimbulkan masalah di masa depan.
Ledakan nuklir
Selama 50 tahun terakhir, setiap orang telah terpapar radiasi dari dampak yang disebabkan oleh pengujian senjata nuklir. Puncak mereka adalah pada1954-1958 dan 1961-1962.
Pada tahun 1963, tiga negara (USSR, AS, dan Inggris Raya) menandatangani perjanjian larangan sebagian uji coba nuklir di atmosfer, laut, dan luar angkasa. Selama dua dekade berikutnya, Prancis dan Cina melakukan serangkaian tes yang jauh lebih kecil, yang berhenti pada tahun 1980. Tes bawah tanah masih berlangsung, tetapi umumnya tidak menghasilkan presipitasi.
Kontaminasi radioaktif dari uji atmosfer terjadi di dekat lokasi ledakan. Beberapa dari mereka tetap berada di troposfer dan dibawa oleh angin ke seluruh dunia pada garis lintang yang sama. Saat mereka bergerak, mereka jatuh ke tanah, tersisa sekitar satu bulan di udara. Tetapi sebagian besar didorong ke stratosfer, di mana polusi tetap ada selama berbulan-bulan, dan perlahan-lahan tenggelam di seluruh planet ini.
Kejatuhan radioaktif mencakup beberapa ratus radionuklida yang berbeda, tetapi hanya sedikit dari mereka yang dapat mempengaruhi tubuh manusia, jadi, ukurannya sangat kecil, dan pembusukannya cepat. Yang paling signifikan adalah C-14, Cs-137, Zr-95 dan Sr-90.
Zr-95 memiliki waktu paruh 64 hari, sedangkan Cs-137 dan Sr-90 memiliki waktu paruh sekitar 30 tahun. Hanya karbon-14, dengan waktu paruh 5730, yang akan tetap aktif hingga jauh di masa depan.
Energi Nuklir
Tenaga nuklir adalah yang paling kontroversial dari semua sumber radiasi antropogenik, tetapi kontribusinya sangat kecil terhadap dampak kesehatan manusia. Selama operasi normal, fasilitas nuklir melepaskan sejumlah kecil radiasi ke lingkungan. Februari 2016Ada 442 reaktor nuklir sipil yang beroperasi di 31 negara dan 66 lainnya sedang dibangun. Ini hanya bagian dari siklus produksi bahan bakar nuklir. Ini dimulai dengan penambangan dan penggilingan bijih uranium dan berlanjut dengan pembuatan bahan bakar nuklir. Setelah digunakan di pembangkit listrik, sel bahan bakar terkadang diproses ulang untuk memulihkan uranium dan plutonium. Pada akhirnya, siklus berakhir dengan pembuangan limbah nuklir. Pada setiap tahap siklus ini, bahan radioaktif dapat dilepaskan.
Sekitar setengah dari produksi bijih uranium dunia berasal dari tambang terbuka, separuh lainnya dari tambang. Kemudian dihancurkan di penghancur terdekat, yang menghasilkan sejumlah besar limbah - ratusan juta ton. Limbah ini tetap radioaktif selama jutaan tahun setelah pabrik berhenti beroperasi, meskipun radiasi adalah fraksi yang sangat kecil dari latar belakang alam.
Setelah itu, uranium diubah menjadi bahan bakar melalui proses lebih lanjut dan pemurnian di pabrik pengayaan. Proses-proses ini menyebabkan polusi udara dan air, tetapi jauh lebih sedikit daripada tahap-tahap lain dari siklus bahan bakar.
