أنواع الإشعاع المؤين

جسيمات ألفا

جسيم ألفا عبارة عن مجموعة مرتبطة بإحكام من بروتونين ونيوترونين. إنه مطابق للهيليوم 4 (⁴هو) النواة. في الواقع ، فإن مصيرها النهائي بعد أن تفقد معظم طاقتها الحركية هو التقاط إلكترونين وتصبح ذرة هيليوم.

تكون النويدات المشعة الباعثة لألفا عمومًا نوى ضخمة نسبيًا. تحتوي جميع بواعث ألفا تقريبًا على أعداد ذرية أكبر من أو تساوي عدد الرصاص (⁸²Pb). عندما تتحلل النواة عن طريق إصدار جسيم ألفا ، يتم تقليل كل من العدد الذري (عدد البروتونات) وعدد النيوترونات بمقدار اثنين ويقل عدد كتلتها الذرية بمقدار أربعة. على سبيل المثال ، اضمحلال ألفا لليورانيوم 238 (²³⁸U) إلى الثوريوم 234 (²³⁴ث) يمثله:

الحرف العلوي الأيسر هو رقم الكتلة الذرية (عدد البروتونات زائد النيوترونات) ، والرمز السفلي الأيسر هو العدد الذري (عدد البروتونات) ، والرمز السفلي الأيمن هو عدد النيوترونات.

تنبعث بواعث ألفا الشائعة جسيمات ألفا ذات طاقات حركية تتراوح بين 4 و 5.5 ميغا إلكترون فولت. لا يزيد مدى جسيمات ألفا في الهواء عن حوالي 5 سم (انظر الشكل 1). يلزم وجود جسيمات ألفا بطاقة 7.5 ميغا فولت على الأقل لاختراق البشرة (الطبقة الواقية من الجلد ، بسمك 0.07 مم). لا تشكل بواعث ألفا عمومًا خطر إشعاع خارجي. تكون خطرة فقط إذا تم أخذها داخل الجسم. نظرًا لأنها تودع طاقتها في مسافة قصيرة ، فإن جسيمات ألفا عبارة عن إشعاع نقل خطي عالي للطاقة (LET) ولها عامل ترجيح إشعاع كبير ؛ عادة، w _R= 20.

الشكل 1. إشعاع طاقة المدى لجسيمات ألفا البطيئة في الهواء عند 15 و 760 م

جسيمات بيتا

جسيم بيتا هو إلكترون أو بوزيترون عالي الطاقة. (البوزيترون هو الجسيم المضاد للإلكترون. وله نفس الكتلة ومعظم الخصائص الأخرى للإلكترون باستثناء شحنته ، والتي هي بالضبط نفس مقدار الإلكترون ولكنها موجبة.) يمكن للنويدات المشعة الباعثة للبيتا أن يكون ذا وزن ذري مرتفع أو منخفض.

يمكن للنويدات المشعة التي تحتوي على فائض من البروتونات مقارنة بالنويدات المستقرة التي لها نفس عدد الكتلة الذرية تقريبًا أن تتحلل عندما يتحول بروتون في النواة إلى نيوترون. عندما يحدث هذا ، تصدر النواة بوزيترونًا وجسيمًا خفيفًا للغاية وغير متفاعل يسمى النيوترينو. (ليس للنيوترينو وجسيمه المضاد أي فائدة في الحماية من الإشعاع.) عندما يتخلى عن معظم طاقته الحركية ، يصطدم البوزيترون في النهاية بإلكترون ويفنى كلاهما. يكون إشعاع الفناء الناتج دائمًا تقريبًا فوتونين 0.511 keV (كيلو إلكترون فولت) يسافران في اتجاهات 180 درجة على حدة. يتم تمثيل اضمحلال البوزيترون النموذجي من خلال:

حيث يتم تمثيل البوزيترون بواسطة β⁺ والنيوترينو بواسطة n. لاحظ أن النيوكليدات الناتجة لها نفس عدد الكتلة الذرية مثل النيوكليدات الأم وعدد ذري ​​(بروتون) أكبر بمقدار واحد ورقم نيوتروني أقل بواحد من عدد النيوكليدات الأصلية.

التقاط الإلكترون يتنافس مع اضمحلال البوزيترون. في اضمحلال التقاط الإلكترون ، تمتص النواة إلكترونًا مداريًا وتصدر نيوترينوًا. يتم الحصول على اضمحلال التقاط الإلكترون النموذجي من خلال:

يكون التقاط الإلكترون ممكنًا دائمًا عندما يكون للنواة الناتجة طاقة إجمالية أقل من النواة الأولية. ومع ذلك ، فإن اضمحلال البوزيترون يتطلب أن إجمالي الطاقة الأولية ذرة أكبر من الناتج ذرة بأكثر من 1.02 ميغا إلكترون فولت (ضعف طاقة الكتلة الباقية للبوزيترون).

على غرار اضمحلال التقاط البوزيترون والإلكترون ، فإن نيجاترون (β^-) يحدث الانحلال للنواة التي تحتوي على كمية زائدة من النيوترونات مقارنة بالنواة المستقرة التي لها نفس عدد الكتلة الذرية تقريبًا. في هذه الحالة ، تصدر النواة نيجاترون (إلكترون نشط) ومضاد للنيوترينو. يتم تمثيل اضمحلال نيجاترون النموذجي من خلال:

حيث يمثل نيجاترون β^- ومضاد النيوترينو هنا تكتسب النواة الناتجة نيوترونًا واحدًا على حساب بروتون واحد ولكنها مرة أخرى لا تغير عدد كتلتها الذرية.

تحلل ألفا هو تفاعل ثنائي الجسم ، لذلك تنبعث جسيمات ألفا مع طاقات حركية منفصلة. ومع ذلك ، فإن تحلل بيتا هو تفاعل ثلاثي الأجسام ، لذلك تنبعث جسيمات بيتا على مدى طيف من الطاقات. تعتمد الطاقة القصوى في الطيف على النويدات المشعة المتحللة. يبلغ متوسط ​​طاقة بيتا في الطيف حوالي ثلث الطاقة القصوى (انظر الشكل 2).

الشكل 2. طيف الطاقة من Negatrons المنبعثة من ³²P

تتراوح طاقات بيتا النموذجية القصوى من 18.6 كيلو فولت للتريتيوم (³H) إلى 1.71 MeV للفوسفور 32 (³²ص).

نطاق جسيمات بيتا في الهواء حوالي 3.65 متر لكل MeV من الطاقة الحركية. مطلوب جسيمات بيتا لا تقل عن 70 كيلو فولت من الطاقة لاختراق البشرة. جسيمات بيتا هي إشعاع منخفض LET.

أشعة غاما

إشعاع جاما هو إشعاع كهرومغناطيسي ينبعث من النواة عندما تخضع للانتقال من حالة طاقة أعلى إلى حالة طاقة أقل. لا يتغير عدد البروتونات والنيوترونات في النواة في مثل هذا الانتقال. قد تكون النواة قد تركت في حالة طاقة أعلى بعد تحلل ألفا أو بيتا في وقت سابق. وهذا يعني أن أشعة جاما غالبًا ما تنبعث فورًا بعد تحلل ألفا أو بيتا. يمكن أن تنتج أشعة جاما أيضًا عن التقاط النيوترونات والتشتت غير المرن للجسيمات دون الذرية بواسطة النوى. لوحظت أكثر أشعة جاما نشاطًا في الأشعة الكونية.

الشكل 3 هو صورة لمخطط اضمحلال الكوبالت -60 (⁶⁰شارك). تظهر سلسلة من شعاعي جاما المنبعثة من النيكل 60 (⁶⁰Ni) مع طاقات 1.17 MeV و 1.33 MeV بعد اضمحلال بيتا ⁶⁰شركة

الشكل 3. مخطط الاضمحلال الإشعاعي ل ⁶⁰Co

الشكل 4 هو صورة لمخطط الاضمحلال للموليبدينوم -99 (⁹⁹مو). لاحظ أن التكنيشيوم الناتج 99 (⁹⁹نواة Tc) لديها حالة من الإثارة تستمر لفترة طويلة بشكل استثنائي (t_½ = 6 ح). تسمى هذه النواة المثارة بـ متزامر. تتمتع معظم الدول النووية المتحمسة بنصف عمر يتراوح بين بضع بيكو ثانية (ps) و 1 ميكروثانية (μs).

الشكل 4. مخطط الاضمحلال الإشعاعي ل ⁹⁹Mo

الشكل 5 هو صورة لمخطط الاضمحلال للزرنيخ -74 (⁷⁴مثل). يوضح أن بعض النويدات المشعة تتحلل بأكثر من طريقة.

الشكل 5. مخطط الاضمحلال الإشعاعي ل ⁷⁴كما توضح العمليات المتنافسة لانبعاث نيجاترون وانبعاث البوزيترون والتقاط الإلكترون (م₀ هي الكتلة المتبقية للإلكترون)

في حين أن جسيمات ألفا وبيتا لها نطاقات محددة في المادة ، فإن أشعة جاما تضعف بشكل كبير (متجاهلة التراكم الناتج عن التشتت داخل المادة) أثناء مرورها عبر المادة. عندما يمكن تجاهل التراكم ، يتم إعطاء توهين أشعة جاما من خلال:

أين أنا (س) هي شدة أشعة جاما كدالة للمسافة x في المادة و μ هو معامل التوهين الكتلي. يعتمد معامل التوهين الكتلي على طاقة أشعة جاما وعلى المادة التي تتفاعل معها أشعة جاما. تم جدولة قيم معامل التوهين الجماعي في العديد من المراجع. يوضح الشكل 6 امتصاص أشعة جاما في المادة في ظروف هندسية جيدة (يمكن تجاهل التراكم).

الشكل 6 - توهين أشعة جاما 667 keV في Al و Pb في ظل ظروف هندسية جيدة (يمثل الخط المتقطع توهينًا لحزمة فوتون متعددة الطاقة)

يحدث التراكم عندما تتفاعل حزمة واسعة من أشعة جاما مع المادة. يتم زيادة الشدة المقاسة عند نقاط داخل المادة بالنسبة إلى القيمة المتوقعة "للهندسة الجيدة" (الحزمة الضيقة) بسبب أشعة جاما المنتشرة من جوانب الحزمة المباشرة إلى جهاز القياس. تعتمد درجة التراكم على هندسة الحزمة وعلى المادة وعلى طاقة أشعة جاما.

يتنافس التحويل الداخلي مع انبعاث جاما عندما تتحول النواة من حالة طاقة أعلى إلى حالة أقل. في التحويل الداخلي ، يتم إخراج إلكترون مداري داخلي من الذرة بدلاً من النواة التي تنبعث منها أشعة جاما. الإلكترون المقذوف مؤين مباشرة. عندما تنخفض الإلكترونات المدارية الخارجية إلى مستويات طاقة إلكترونية منخفضة لملء الفراغ الذي خلفه الإلكترون المقذوف ، تصدر الذرة أشعة سينية. يزداد احتمال التحويل الداخلي بالنسبة لاحتمال انبعاث جاما مع زيادة العدد الذري.

الأشعة السينية

الأشعة السينية هي إشعاع كهرومغناطيسي ، وبالتالي فهي متطابقة مع أشعة جاما. أصل التمييز بين الأشعة السينية وأشعة جاما. في حين أن أشعة جاما تنشأ في نواة الذرة ، فإن الأشعة السينية تنتج عن تفاعلات الإلكترون. على الرغم من أن الأشعة السينية غالبًا ما تحتوي على طاقة أقل من أشعة جاما ، إلا أن هذا ليس معيارًا للتمييز بينها. من الممكن إنتاج أشعة سينية ذات طاقات أعلى بكثير من أشعة جاما الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي.

التحويل الداخلي ، الذي تمت مناقشته أعلاه ، هو إحدى طرق إنتاج الأشعة السينية. في هذه الحالة ، للأشعة السينية الناتجة طاقات منفصلة مساوية للاختلاف في مستويات الطاقة التي تنتقل الإلكترونات المدارية بينها.

تصدر الجسيمات المشحونة إشعاعًا كهرومغناطيسيًا كلما تسارعت أو تباطأت. كمية الإشعاع المنبعثة تتناسب عكسيًا مع القوة الرابعة من كتلة الجسيم. نتيجة لذلك ، تصدر الإلكترونات إشعاع x أكثر بكثير من الجسيمات الثقيلة مثل البروتونات ، وتكون جميع الظروف الأخرى متساوية. تنتج أنظمة الأشعة السينية الأشعة السينية عن طريق تسريع الإلكترونات عبر فرق جهد كهربائي كبير يصل إلى العديد من kV أو MV. ثم تتباطأ الإلكترونات بسرعة في مادة كثيفة مقاومة للحرارة ، مثل التنجستن (W).

تنتشر الأشعة السينية المنبعثة من هذه الأنظمة على طيف يتراوح من حوالي صفر إلى أقصى طاقة حركية تمتلكها الإلكترونات قبل التباطؤ. غالبًا ما تُركب على هذا الطيف المستمر أشعة س من الطاقة المنفصلة. يتم إنتاجها عندما تقوم الإلكترونات المتباطئة بتأين المادة المستهدفة. بينما تتحرك الإلكترونات المدارية الأخرى لملء الفراغات المتبقية بعد التأين ، فإنها تبعث أشعة x من الطاقات المنفصلة المشابهة للطريقة التي تنبعث بها الأشعة السينية بعد التحويل الداخلي. يطلق عليهم مميز الأشعة السينية لأنها من سمات مادة الهدف (الأنود). انظر الشكل 7 للحصول على طيف نموذجي للأشعة السينية. الشكل 8 يصور أنبوب الأشعة السينية النموذجي.

الشكل 7. يوضح طيف الأشعة السينية مساهمة خاصية الأشعة السينية الناتجة عندما تملأ الإلكترونات ثقوبًا في غلاف K من W (يتناسب الطول الموجي للأشعة السينية عكسياً مع طاقتها)

تتفاعل الأشعة السينية مع المادة بالطريقة نفسها التي تتفاعل بها أشعة جاما ، لكن معادلة التوهين الأسي البسيطة لا تصف بشكل كاف توهين الأشعة السينية بمدى مستمر من الطاقات (انظر الشكل 6). ومع ذلك ، نظرًا لإزالة الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة من الحزمة بسرعة أكبر من الأشعة السينية ذات الطاقة الأعلى أثناء مرورها عبر المادة ، فإن وصف التوهين يقترب من الوظيفة الأسية.

الشكل 8. أنبوب مبسط للأشعة السينية به أنود ثابت وفتيل مسخن

النيوترونات

بشكل عام ، لا تنبعث النيوترونات كنتيجة مباشرة للاضمحلال الإشعاعي الطبيعي. يتم إنتاجها أثناء التفاعلات النووية. تنتج المفاعلات النووية النيوترونات بأكبر وفرة ، لكن مسرعات الجسيمات ومصادر النيوترونات الخاصة ، التي تسمى مصادر (α ، n) ، يمكنها أيضًا إنتاج نيوترونات.

تنتج المفاعلات النووية نيوترونات عند انقسام أو انشطار نوى اليورانيوم (U) في الوقود النووي. في الواقع ، يعد إنتاج النيوترونات أمرًا ضروريًا في الحفاظ على الانشطار النووي في المفاعل.

تنتج مسرعات الجسيمات النيوترونات عن طريق تسريع الجسيمات المشحونة ، مثل البروتونات أو الإلكترونات ، إلى طاقات عالية لقصف النوى المستقرة في الهدف. النيوترونات ليست سوى واحدة من الجسيمات التي يمكن أن تنتج عن مثل هذه التفاعلات النووية. على سبيل المثال ، ينتج التفاعل التالي نيوترونات في سيكلوترون تسرع أيونات الديوتيريوم لقصف هدف البريليوم:

بواعث ألفا الممزوجة بالبريليوم هي مصادر محمولة للنيوترونات. هذه المصادر (α ، n) تنتج نيوترونات عبر التفاعل:

يمكن أن يكون مصدر جسيمات ألفا من نظائر مثل البولونيوم 210 (²¹⁰بو) ،
البلوتونيوم - 239 (²³⁹Pu) والأمريسيوم -241 (²⁴¹أكون).

تُصنف النيوترونات عمومًا وفقًا لطاقتها كما هو موضح في الجدول 1. هذا التصنيف تعسفي إلى حد ما وقد يختلف في سياقات مختلفة.

الجدول 1. تصنيف النيوترونات حسب الطاقة الحركية

يوجد عدد من الأنماط المحتملة للتفاعل النيوتروني مع المادة ، لكن الأسلوبين الرئيسيين لأغراض الأمان الإشعاعي هما الانتثار المرن والتقاط النيوترونات.

الانتثار المرن هو الوسيلة التي يتم من خلالها اختزال النيوترونات عالية الطاقة إلى طاقات حرارية. تتفاعل النيوترونات عالية الطاقة بشكل أساسي عن طريق الانتثار المرن ولا تسبب عمومًا الانشطار أو تنتج مادة مشعة عن طريق التقاط النيوترونات. النيوترونات الحرارية هي المسؤولة بشكل أساسي عن الأنواع الأخيرة من التفاعل.

يحدث التشتت المرن عندما يتفاعل النيوترون مع نواة ويرتد مع انخفاض الطاقة. تستهلك النواة المتفاعلة الطاقة الحركية التي يفقدها النيوترون. بعد الإثارة بهذه الطريقة ، سرعان ما تتخلى النواة عن هذه الطاقة كإشعاع غاما.

عندما يصل النيوترون في النهاية إلى طاقات حرارية (يسمى ذلك لأن النيوترون في حالة توازن حراري مع بيئته) ، يتم التقاطه بسهولة بواسطة معظم النوى. النيوترونات ، التي ليس لها شحنة ، لا تصدها النواة موجبة الشحنة مثل البروتونات. عندما يقترب نيوترون حراري من النواة ويقع في نطاق القوة النووية الشديدة ، بترتيب بضعة fm (fm = 10^-15 متر) ، تلتقط النواة النيوترون. يمكن أن تكون النتيجة نواة مشعة تصدر فوتونًا أو جسيمًا آخر ، أو في حالة النوى القابلة للانشطار مثل ²³⁵يو و ²³⁹بو ، يمكن للنواة الملتقطة الانشطار إلى نواتين أصغر حجمًا وعدد أكبر من النيوترونات.

تشير قوانين علم الحركة إلى أن النيوترونات ستصل إلى الطاقات الحرارية بسرعة أكبر إذا احتوى وسط الانتثار المرن على عدد كبير من النوى الخفيفة. يفقد النيوترون الذي يرتد من نواة خفيفة نسبة أكبر بكثير من طاقته الحركية مما يحدث عندما يرتد من نواة ثقيلة. لهذا السبب ، الماء والمواد الهيدروجينية هي أفضل مادة واقية لإبطاء النيوترونات.

سوف يتضاءل شعاع النيوترونات أحادي الطاقة بشكل كبير في المادة ، مع مراعاة معادلة مماثلة لتلك الواردة أعلاه للفوتونات. يتم وصف احتمالية تفاعل النيوترون مع نواة معينة من حيث الكمية المقطع العرضي. المقطع العرضي له وحدات مساحة. الوحدة الخاصة للمقطع العرضي هي الحظيرة (ب) محددة من قبل:

من الصعب للغاية إنتاج نيوترونات بدون مرافقة أشعة جاما والأشعة السينية. قد يُفترض عمومًا أنه في حالة وجود النيوترونات ، تكون هناك فوتونات عالية الطاقة أيضًا.

مصادر الإشعاع المؤين

النويدات المشعة البدائية

تحدث النويدات المشعة البدائية في الطبيعة لأن نصف عمرها يمكن مقارنته مع عمر الأرض. يسرد الجدول 2 أهم النويدات المشعة البدائية.

الجدول 2. النويدات المشعة البدائية

يرأس نظائر اليورانيوم والثوريوم سلسلة طويلة من النظائر المشعة التي تتشكل بشكل طبيعي نتيجة لذلك. يوضح الشكل 9 ، AC ، سلاسل الاضمحلال لـ ²³²العاشر، ²³⁸يو و ²³⁵يو على التوالي. نظرًا لأن تحلل ألفا شائع فوق رقم الكتلة الذرية 205 ورقم الكتلة الذرية لجسيم ألفا هو 4 ، فهناك أربع سلاسل تحلل مميزة للأنوية الثقيلة. واحدة من هذه السلاسل (انظر الشكل 9 ، د) ، أن ²³⁷Np ، لا يحدث في الطبيعة. هذا لأنه لا يحتوي على النويدات المشعة البدائية (أي أنه لا يوجد أي نويدة مشعة في هذه السلسلة لها عمر نصف يمكن مقارنته بعمر الأرض).

الشكل 9. سلسلة الانحلال (Z = العدد الذري ؛ N = عدد الكتلة الذرية)    

 لاحظ أن نظائر الرادون (Rn) تحدث في كل سلسلة (²¹⁹آكانيوز ، ²²⁰آكانيوز و ²²²آكانيوز). نظرًا لأن Rn عبارة عن غاز ، فبمجرد إنتاج Rn ، يكون لديها فرصة للهروب إلى الغلاف الجوي من المصفوفة التي تشكلت فيها. ومع ذلك ، فإن نصف عمر ²¹⁹Rn قصير جدًا بحيث لا يسمح بوصول كميات كبيرة منه إلى منطقة التنفس. العمر النصفي القصير نسبيًا لـ ²²⁰Rn عادة ما يجعله أقل خطورة على الصحة من ²²²آكانيوز.

بخلاف Rn ، توفر النويدات المشعة البدائية الخارجة عن الجسم في المتوسط ​​حوالي 0.3 مللي سيفرت جرعة فعالة سنوية إلى البشر. تختلف الجرعة الفعالة السنوية الفعلية بشكل كبير ويتم تحديدها بشكل أساسي من خلال تركيز اليورانيوم والثوريوم في التربة المحلية. في بعض أجزاء العالم حيث تنتشر رمال المونازيت ، تصل الجرعة الفعالة السنوية لفرد من السكان إلى حوالي 20 ملي سيفرت. في أماكن أخرى مثل الجزر المرجانية وبالقرب من شواطئ البحر ، قد تكون القيمة منخفضة مثل 0.03 ملي سيفرت (انظر الشكل 9).

عادةً ما يُنظر إلى الرادون بشكل منفصل عن النويدات المشعة الأرضية الأخرى التي تحدث بشكل طبيعي. تتسرب إلى الهواء من التربة. بمجرد وصوله إلى الهواء ، يتحلل Rn إلى النظائر المشعة لـ Po و bismuth (Bi) و Pb. تلتصق هذه النويدات المشعة ذات السلالات نفسها بجزيئات الغبار التي يمكن استنشاقها وحبسها في الرئتين. كونها بواعث ألفا ، فإنها تنقل كل طاقتها الإشعاعية تقريبًا إلى الرئتين. ويقدر أن متوسط ​​جرعة الرئة السنوية المكافئة من هذا التعرض حوالي 20 ملي سيفرت. هذه الجرعة المكافئة للرئة يمكن مقارنتها بجرعة فعالة للجسم بالكامل تبلغ حوالي 2 ملي سيفرت. من الواضح أن Rn وذريتها من النويدات المشعة هما أهم المساهمين في الجرعة الفعالة للإشعاع الخلفي (انظر الشكل 9).

الأشعة الكونية

يشمل الإشعاع الكوني جسيمات نشطة من أصل خارج كوكب الأرض تصطدم بجو الأرض (الجسيمات ومعظمها البروتونات). ويشمل أيضًا الجسيمات الثانوية ؛ في الغالب الفوتونات والنيوترونات والميونات ، الناتجة عن تفاعلات الجسيمات الأولية مع الغازات في الغلاف الجوي.

بفضل هذه التفاعلات ، يعمل الغلاف الجوي كدرع ضد الإشعاع الكوني ، وكلما كان هذا الدرع أرق ، زاد معدل الجرعة الفعالة. وبالتالي ، يزيد معدل الجرعة الفعالة للأشعة الكونية مع الارتفاع. على سبيل المثال ، معدل الجرعة على ارتفاع 1,800 متر هو حوالي ضعف المعدل عند مستوى سطح البحر.

نظرًا لأن الإشعاع الكوني الأساسي يتكون في الغالب من جسيمات مشحونة ، فإنه يتأثر بالمجال المغناطيسي للأرض. يتلقى الأشخاص الذين يعيشون في خطوط العرض الأعلى جرعات فعالة من الإشعاع الكوني أكثر من أولئك الأقرب إلى خط الاستواء. الاختلاف بسبب هذا التأثير هو الترتيب
من 10٪.

أخيرًا ، يختلف معدل الجرعة الفعالة للأشعة الكونية وفقًا لتعديل ناتج الأشعة الكونية للشمس. في المتوسط ​​، تساهم الأشعة الكونية بحوالي 0.3 ملي سيفرت في جرعة فعالة من إشعاع الخلفية لكامل الجسم.

النويدات المشعة الكونية

تنتج الأشعة الكونية النويدات المشعة المولدة للكون في الغلاف الجوي. وأبرزها التريتيوم (³ح) ، البريليوم -7 (⁷كن) ، الكربون 14 (¹⁴ج) والصوديوم -22 (²²نا). يتم إنتاجها عن طريق تفاعل الأشعة الكونية مع غازات الغلاف الجوي. توفر النويدات المشعة الكونية حوالي 0.01 ملي سيفرت جرعة سنوية فعالة. يأتي معظم هذا من ¹⁴C.

الغبار النووي

من الأربعينيات حتى الستينيات ، أجريت اختبارات مكثفة للأسلحة النووية فوق الأرض. أنتج هذا الاختبار كميات كبيرة من المواد المشعة ووزعها على البيئة في جميع أنحاء العالم تداعيات. على الرغم من أن الكثير من هذا الحطام قد تحلل منذ ذلك الحين إلى نظائر مستقرة ، فإن الكميات الصغيرة المتبقية ستكون مصدرًا للتعرض لسنوات عديدة قادمة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الدول التي تواصل أحيانًا تجارب الأسلحة النووية في الغلاف الجوي تضيف إلى المخزون العالمي.

المساهمون الأساسيون في الجرعة الفعالة حاليًا هم السترونتيوم 90 (⁹⁰Sr) والسيزيوم 137 (¹³⁷Cs) ، وكلاهما لهما نصف عمر حوالي 30 عامًا. يبلغ متوسط ​​الجرعة الفعالة السنوية من السقوط حوالي 0.05 ملي سيفرت.

مادة مشعة في الجسم

ينتج ترسب النويدات المشعة التي تحدث بشكل طبيعي في جسم الإنسان بشكل أساسي عن استنشاق وابتلاع هذه المواد في الهواء والغذاء والماء. تشتمل هذه النويدات على النظائر المشعة لـ Pb و Po و Bi و Ra و K (البوتاسيوم) و C و H و U و Th. من هؤلاء، ⁴⁰K هو أكبر مساهم. تساهم النويدات المشعة المتكونة بشكل طبيعي في الجسم بحوالي 0.3 ملي سيفرت في الجرعة الفعالة السنوية.

الإشعاع الناتج عن الآلة

يعد استخدام الأشعة السينية في فنون العلاج أكبر مصدر للتعرض للإشعاع الناتج عن الآلة. يتم استخدام الملايين من أنظمة الأشعة السينية الطبية حول العالم. يعتمد متوسط ​​التعرض لأنظمة الأشعة السينية الطبية بشكل كبير على وصول السكان إلى الرعاية. في البلدان المتقدمة ، يكون متوسط ​​الجرعة الفعالة السنوية من الإشعاع الموصوف طبيًا من الأشعة السينية والمواد المشعة للتشخيص والعلاج في حدود 1 ملي سيفرت.

الأشعة السينية هي منتج ثانوي لمعظم مسرعات الجسيمات في الفيزياء عالية الطاقة ، خاصة تلك التي تسرع الإلكترونات والبوزيترونات. ومع ذلك ، فإن احتياطات الحماية والسلامة المناسبة بالإضافة إلى محدودية السكان المعرضين للخطر تجعل مصدر التعرض للإشعاع هذا أقل أهمية من المصادر المذكورة أعلاه.

النويدات المشعة المنتجة آليًا

يمكن أن تنتج مسرعات الجسيمات مجموعة كبيرة ومتنوعة من النويدات المشعة بكميات متفاوتة عن طريق التفاعلات النووية. تشمل الجسيمات المتسارعة البروتونات والديوترونات (²نوى H) وجسيمات ألفا والميزونات المشحونة والأيونات الثقيلة وما إلى ذلك. يمكن صنع المواد المستهدفة من أي نظير تقريبًا.

مسرعات الجسيمات هي فعليًا المصدر الوحيد للنظائر المشعة البوزيترونية. (تميل المفاعلات النووية إلى إنتاج نظائر مشعة غنية بالنيوترونات تتحلل عن طريق انبعاث نيجاترون). كما يتم استخدامها بشكل متزايد لإنتاج نظائر قصيرة العمر للاستخدام الطبي ، خاصةً للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET).

المواد المحسنة تكنولوجيًا والمنتجات الاستهلاكية

تظهر الأشعة السينية والمواد المشعة ، مرغوبة وغير مرغوب فيها ، في عدد كبير من العمليات الحديثة. يسرد الجدول 3 مصادر الإشعاع هذه.

الجدول 3. مصادر وتقديرات الجرعات الفعالة السكانية المرتبطة من المواد المحسنة تقنيًا والمنتجات الاستهلاكية

المصدر: NCRP 1987.

الرجوع