Mionzi ya ionizing iko kila mahali. Inafika kutoka anga za juu kama miale ya cosmic. Iko angani kama uzalishaji kutoka kwa radoni ya mionzi na kizazi chake. Isotopu za asili za mionzi huingia na kubaki katika viumbe vyote vilivyo hai. Haikwepeki. Hakika, aina zote za sayari hii zilibadilika mbele ya mionzi ya ionizing. Ingawa wanadamu walio na viwango vidogo vya mionzi wanaweza wasionyeshe mara moja athari zozote za kibiolojia, hakuna shaka kuwa mionzi ya ioni, inapotolewa kwa kiasi cha kutosha, inaweza kusababisha madhara. Athari hizi zinajulikana kwa aina na kwa kiwango.

Wakati mionzi ya ionizing inaweza kusababisha madhara, pia ina matumizi mengi ya manufaa. Uranium ya mionzi huzalisha umeme katika mitambo ya nyuklia katika nchi nyingi. Katika dawa, mionzi ya x hutoa radiographs kwa utambuzi wa majeraha ya ndani na magonjwa. Madaktari wa dawa za nyuklia hutumia nyenzo za mionzi kama vifuatilizi kuunda picha za kina za miundo ya ndani na kusoma kimetaboliki. Madawa ya matibabu ya radiopharmaceuticals yanapatikana kutibu magonjwa kama vile hyperthyroidism na saratani. Madaktari wa tiba ya mionzi hutumia miale ya gamma, mihimili ya pion, mihimili ya elektroni, neutroni na aina nyingine za mionzi kutibu saratani. Wahandisi hutumia nyenzo za mionzi katika shughuli za ukataji wa visima vya mafuta na katika vipimo vya unyevu wa udongo. Wataalamu wa radiografia wa viwanda hutumia mionzi ya x katika udhibiti wa ubora ili kuangalia miundo ya ndani ya vifaa vilivyotengenezwa. Alama za kutoka katika majengo na ndege huwa na tritium ya mionzi ili kuzifanya zing'ae gizani iwapo nishati itakatika. Vigunduzi vingi vya moshi katika nyumba na majengo ya biashara vina americium ya mionzi.

Matumizi haya mengi ya mionzi ya ionizing na vifaa vya mionzi huongeza ubora wa maisha na kusaidia jamii kwa njia nyingi. Faida za kila matumizi lazima zilinganishwe na hatari. Hatari inaweza kuwa kwa wafanyikazi wanaohusika moja kwa moja katika kutumia mionzi au nyenzo za mionzi, kwa umma, kwa vizazi vijavyo na kwa mazingira au kwa mchanganyiko wowote wa haya. Zaidi ya mazingatio ya kisiasa na kiuchumi, faida lazima ziwe zaidi ya hatari wakati mionzi ya ionizing inahusika.

Mionzi ya Ionizing

Mionzi ya ionizing ina chembe, ikiwa ni pamoja na photons, ambayo husababisha mgawanyiko wa elektroni kutoka kwa atomi na molekuli. Walakini, aina fulani za mionzi ya nishati ya chini, kama vile mwanga wa ultraviolet, inaweza pia kusababisha ionization chini ya hali fulani. Ili kutofautisha aina hizi za mionzi kutoka kwa mionzi ambayo husababisha ionization kila wakati, kikomo cha chini cha nishati kwa mionzi ya ionizing kawaida huwekwa karibu volti 10 za kiloelectron (keV).

Mionzi ya ionizing moja kwa moja ina chembe za kushtakiwa. Chembe hizo ni pamoja na elektroni zenye nguvu (wakati mwingine huitwa negatroni), positroni, protoni, chembe za alpha, mesoni iliyochajiwa, muoni na ioni nzito (atomi za ionized). Aina hii ya mionzi ya ionizing huingiliana na maada hasa kupitia nguvu ya Coulomb, kurudisha nyuma au kuvutia elektroni kutoka kwa atomi na molekuli kwa mujibu wa chaji zao.

Mionzi ya ionizing isiyo ya moja kwa moja ina chembe zisizochajiwa. Aina zinazojulikana zaidi za mionzi ya ioni kwa njia isiyo ya moja kwa moja ni fotoni zilizo juu ya 10 keV (mionzi ya x na miale ya gamma) na neutroni zote.

X-ray na fotoni za gamma-ray huingiliana na mata na kusababisha ionization kwa angalau njia tatu tofauti:

1. Fotoni zenye nishati ya chini huingiliana zaidi kupitia athari ya fotoelectric, ambapo fotoni hutoa nishati yake yote kwa elektroni, ambayo kisha huacha atomi au molekuli. Photon hupotea.
2. Fotoni za nishati ya kati mara nyingi huingiliana kupitia athari ya Compton, ambapo fotoni na elektroni hugongana kama chembe. Fotoni inaendelea katika mwelekeo mpya ikiwa na nishati iliyopunguzwa huku elektroni iliyotolewa huondoka na salio la nishati inayoingia (chini ya nishati ya elektroni ya kumfunga atomi au molekuli).
3. Uzalishaji wa jozi unawezekana tu kwa fotoni zilizo na nishati zaidi ya 1.02 MeV. (Hata hivyo, karibu na 1.02 MeV, athari ya Compton bado inatawala. Uzalishaji wa jozi hutawala kwa nguvu za juu.) Photon hupotea na jozi ya elektroni-positron inaonekana mahali pake (hii hutokea tu karibu na kiini kwa sababu ya uhifadhi wa kasi na kuzingatia nishati). Jumla ya nishati ya kinetic ya jozi ya elektroni-positron ni sawa na nishati ya fotoni chini ya jumla ya nishati ya mapumziko ya elektroni na positron (1.02 MeV). Elektroni hizi zenye nguvu na positroni kisha huendelea kama mionzi ya ionizing moja kwa moja. Inapopoteza nishati ya kinetic, positron hatimaye itakutana na elektroni, na chembe zitaangamiza kila mmoja. Picha mbili (kawaida) za 0.511 MeV kisha hutolewa kutoka kwa tovuti ya maangamizi kwa digrii 180 kutoka kwa kila mmoja.

fotoni fulani yoyote kati ya hizi inaweza kutokea, isipokuwa kwamba uzalishaji wa jozi unawezekana tu kwa fotoni zenye nishati kubwa kuliko 1.022 MeV. Nishati ya fotoni na nyenzo ambayo inaingiliana nayo huamua ni mwingiliano gani unaowezekana kutokea.

Mchoro wa 1 unaonyesha maeneo ambayo kila aina ya mwingiliano wa fotoni hutawala kama utendaji wa nishati ya fotoni na nambari ya atomiki ya kifyonza.

Kielelezo 1. Umuhimu wa uhusiano wa mwingiliano mkuu tatu wa fotoni katika maada

Mwingiliano wa kawaida wa nyutroni na mada ni migongano ya inelastic, kunasa nyutroni (au kuwezesha) na mgawanyiko. Yote haya ni mwingiliano na viini. Nucleus inayogongana na neutroni inaachwa kwenye kiwango cha juu cha nishati. Inaweza kutoa nishati hii katika umbo la miale ya gamma au kwa kutoa chembe ya beta, au zote mbili. Katika kunasa neutroni, kiini kilichoathiriwa kinaweza kunyonya neutroni na kutoa nishati kama gamma au mionzi ya x au chembe za beta, au zote mbili. Kisha chembe za pili husababisha ionization kama ilivyojadiliwa hapo juu. Katika mtengano, kiini kizito hufyonza nyutroni na kugawanyika katika viini viwili vyepesi ambavyo karibu kila mara vina mionzi.

Kiasi, Vitengo na Ufafanuzi Husika

Tume ya Kimataifa ya Vitengo na Vipimo vya Mionzi (ICRU) hutengeneza ufafanuzi rasmi unaokubalika kimataifa wa kiasi na vitengo vya mionzi na mionzi. Tume ya Kimataifa ya Ulinzi wa Radiolojia (ICRP) pia huweka viwango vya ufafanuzi na matumizi ya kiasi na vitengo mbalimbali vinavyotumika katika usalama wa mionzi. Maelezo ya baadhi ya idadi, vitengo na ufafanuzi unaotumika sana katika usalama wa mionzi hufuata.

Kiwango cha kufyonzwa. Hii ndio kiasi cha msingi cha dosimetric kwa mionzi ya ionizing. Kimsingi, ni mionzi ya ionizing ya nishati ambayo hutoa kwa suala kwa kila kitengo cha uzito. Rasmi,

ambapo D ni kipimo cha kufyonzwa, de ni wastani wa nishati inayotolewa kwa suala la wingi dm. Kiwango cha kufyonzwa kina vitengo vya joules kwa kilo (J kg^-1) Jina maalum la kitengo cha kipimo cha kufyonzwa ni kijivu (Gy).

Shughuli. Kiasi hiki kinawakilisha idadi ya mabadiliko ya nyuklia kutoka kwa hali fulani ya nishati ya nyuklia kwa kila kitengo cha wakati. Rasmi,

ambapo A ni shughuli, dN ni thamani ya matarajio ya idadi ya mabadiliko ya nyuklia ya moja kwa moja kutoka kwa hali ya nishati iliyotolewa katika muda wa dt. Inahusiana na idadi ya nuclei za mionzi N kwa:

ambapo mimi ni kuoza mara kwa mara. Shughuli ina vitengo vya sekunde kinyume (s^-1) Jina maalum la kitengo cha shughuli ni becquerel (Bq).

Kuoza mara kwa mara (l). Kiasi hiki kinawakilisha uwezekano kwa kila kitengo cha wakati kwamba mabadiliko ya nyuklia yatatokea kwa radionuclide fulani. Kipindi cha kuoza kina vitengo vya sekunde kinyume (s^-1) Inahusiana na nusu ya maisha t_½ ya radionuclide na:

Kuoza mara kwa mara l kunahusiana na wastani wa maisha, t, ya radionuclide na:

Utegemezi wa wakati wa shughuli A(t) na idadi ya viini vya mionzi N(t) inaweza kuonyeshwa na na  mtiririko huo.

Athari ya kibaolojia ya kuamua. Hii ni athari ya kibayolojia inayosababishwa na mionzi ya ioni na ambayo uwezekano wake wa kutokea ni sifuri katika dozi ndogo za kufyonzwa lakini itaongezeka kwa kasi hadi kufikia umoja (100%) juu ya kiwango fulani cha kipimo cha kufyonzwa (kizingiti). Uingizaji wa cataract ni mfano wa athari ya kibaolojia ya stochastic.

Kiwango cha ufanisi. Kiwango cha ufanisi E ni jumla ya vipimo sawa vilivyo na uzito katika tishu na viungo vyote vya mwili. Ni kiasi cha usalama wa mionzi, kwa hivyo matumizi yake hayafai kwa dozi kubwa za kufyonzwa zinazotolewa kwa muda mfupi. Inatolewa na:

ambapo w _T ni sababu ya uzani wa tishu na H_T ni kipimo sawa cha tishu T. Kiwango kinachofaa kina vitengo vya J kg^-1. Jina maalum la kitengo cha kipimo cha ufanisi ni sievert (Sv).

Kiwango sawa. Kiwango sawa H_T ni kipimo cha kufyonzwa kinachowekwa wastani juu ya tishu au kiungo (badala ya hatua moja) na kupimwa kwa ubora wa mionzi ambayo inavutia. Ni kiasi cha usalama wa mionzi, kwa hivyo matumizi yake hayafai kwa dozi kubwa za kufyonzwa zinazotolewa kwa muda mfupi. Kiwango sawa kinatolewa na:

ambapo D_T,R ni kipimo cha kufyonzwa kinachowekwa wastani juu ya tishu au kiungo T kutokana na mionzi R na w _R
ni sababu ya uzani wa mionzi. Dozi sawa ina vitengo vya J kg^-1. Jina maalum la kitengo cha kipimo sawa ni sievert (Sv).

Nusu ya maisha. Kiasi hiki ni muda unaohitajika ili shughuli ya sampuli ya radionuclide ipunguzwe kwa nusu moja. Sawa, ni kiasi cha muda kinachohitajika kwa idadi fulani ya nuclei katika hali fulani ya mionzi ili kupunguza kwa sababu ya nusu moja. Ina vitengo vya kimsingi vya sekunde (sekunde), lakini pia huonyeshwa kwa kawaida katika masaa, siku na miaka. Kwa radionuclide iliyotolewa, nusu ya maisha t_½ inahusiana na kuoza mara kwa mara l na:

Uhamisho wa nishati ya mstari. Kiasi hiki ni nishati ambayo chembe iliyochajiwa hutoa kwa jambo kwa urefu wa kitengo inapopitia suala hilo. Rasmi,

ambapo L ni uhamishaji wa nishati ya mstari (pia huitwa nguvu ya kusimamisha mgongano wa mstari) na de ni wastani wa nishati inayopotea na chembe katika kupita umbali dl. Uhamisho wa nishati laini (LET) una vitengo vya J m^-1.

Maana ya maisha. Kiasi hiki ni muda wa wastani ambapo serikali ya nyuklia itaishi kabla ya kufanyiwa mabadiliko hadi hali ya chini ya nishati kwa kutoa mionzi ya ionizing. Ina vitengo vya kimsingi vya sekunde (sekunde), lakini pia inaweza kuonyeshwa kwa saa, siku au miaka. Inahusiana na kuoza mara kwa mara na:

ambapo t ni wastani wa maisha na l ni hali ya kuoza kwa nuclide fulani katika hali fulani ya nishati.

Sababu ya uzani wa mionzi. Hii ni nambari w _R kwamba, kwa aina fulani na nishati ya mionzi R, inawakilisha thamani za ufanisi wa kibayolojia wa mionzi hiyo katika kuleta athari za stochastic kwa viwango vya chini. Maadili ya w _R yanahusiana na uhamishaji wa nishati ya mstari (LET) na yametolewa katika jedwali 1. Mchoro 2 (upande wa kushoto) unaonyesha uhusiano kati ya w _R na LET kwa nyutroni.

Jedwali 1. Sababu za uzani wa mionzi w_R

¹ Maadili yote yanahusiana na tukio la mionzi kwenye mwili au, kwa vyanzo vya ndani, vinavyotokana na chanzo.

² Ukiondoa elektroni za Auger zinazotolewa kutoka kwa viini vilivyounganishwa na DNA.

Ufanisi wa kibaolojia wa jamaa (RBE). RBE ya aina moja ya mionzi ikilinganishwa na nyingine ni uwiano wa kinyume wa vipimo vilivyofyonzwa vinavyozalisha kiwango sawa cha sehemu ya mwisho ya kibayolojia iliyobainishwa.

Mchoro 2. Sababu za uzani wa mionzi kwa neutroni (mviringo laini unapaswa kutibiwa kama makadirio)

Athari ya kibaolojia ya Stochastic. Hii ni athari ya kibayolojia inayosababishwa na mionzi ya ionizing ambayo uwezekano wa kutokea huongezeka kwa kuongezeka kwa kipimo cha kufyonzwa, labda bila kizingiti, lakini ukali wake hautegemei kipimo cha kufyonzwa. Saratani ni mfano wa athari ya kibaolojia ya stochastic.

Kipengele cha uzani wa tishu w _T. Hii inawakilisha mchango wa tishu au kiungo T kwa hasara kamili kutokana na athari zote za stochastic zinazotokana na mnururisho sawa wa mwili mzima. Inatumika kwa sababu uwezekano wa athari za stochastic kwa sababu ya kipimo sawa hutegemea tishu au chombo kilichoangaziwa. Dozi sawa sawa kwa mwili mzima inapaswa kutoa kipimo cha ufanisi kiidadi sawa na jumla ya dozi zinazofaa kwa tishu na viungo vyote vya mwili. Kwa hivyo, jumla ya mambo yote ya uzani wa tishu ni kawaida kwa umoja. Jedwali la 2 linatoa maadili kwa sababu za uzani wa tishu.

Jedwali 2. Vipengele vya uzani wa tishu w_T

¹ Thamani zimetengenezwa kutoka kwa idadi ya marejeleo ya idadi sawa ya jinsia zote mbili na anuwai ya umri. Katika ufafanuzi wa kipimo cha ufanisi hutumika kwa wafanyakazi, kwa watu wote, na kwa jinsia yoyote.

² Kwa madhumuni ya hesabu, salio linajumuisha tishu na viungo vya ziada vifuatavyo: adrenals, ubongo, utumbo mkubwa wa juu, utumbo mdogo, figo, misuli, kongosho, wengu, thymus na uterasi. Orodha hiyo inajumuisha viungo ambavyo vina uwezekano wa kuwashwa kwa hiari. Baadhi ya viungo katika orodha vinajulikana kuwa katika hatari ya kuambukizwa saratani.

³ Katika hali zile za kipekee ambapo moja ya tishu au viungo vilivyobaki hupokea kipimo sawa kinachozidi kipimo cha juu zaidi katika kiungo chochote kati ya kumi na mbili ambacho kipengele cha uzani kimeainishwa, kipengele cha uzani cha 0.025 kinapaswa kutumika kwa tishu hiyo. au kiungo na kipengele cha uzani cha 0.025 hadi kipimo cha wastani katika salio kama ilivyobainishwa hapo juu.

Back