Ionizující záření je záření elektromagnetické nebo částice schopné produkovat, přímo nebo nepřímo ionty , jak prochází skrz materiál . Toto záření může být produkováno radioaktivitou atomů, jako je uran nebo plutonium . Mají aplikace v oblasti obrany , zdraví , výroby energie atd.
Pro živé organismy může být ionizující záření ve vysokých dávkách škodlivé nebo dokonce smrtelné. Ionizující paprsky jsou různých druhů a zdrojů. Jejich vlastnosti závisí na povaze základních částic záření a na jejich energii.
Nejenergetičtější záření přenáší dostatek energie na elektrony hmoty, aby je odtrhla od atomu . Atomy takto zbavené části svých elektronů jsou poté kladně nabity. Sousední atomy, které jsou hostiteli elektronů, se nabíjejí záporně.
Kladně nebo záporně nabité atomy se nazývají ionty . Atomy, které ztratily alespoň jeden elektron, se staly kladnými ionty ( kationty ), zatímco atomy, které přijaly alespoň jeden elektron, se staly zápornými ionty ( anionty ).
O záření schopném vyvolat takové reakce se říká, že je ionizující.
Jejich energií proniká ionizující záření, to znamená, že může procházet hmotou. Pronikající síla závisí na typu záření a zastavovací síle materiálu. To definuje různé tloušťky materiálů, aby se proti nim chránilo, pokud je to nutné a pokud je to možné.
Nízká penetrace. Α částice jsou emitovány rychlostí kolem 16 000 km / s . Jakkoli jsou těžké a elektricky nabité, zastaví je velmi snadno a rychle elektromagnetické pole a atomy tvořící okolní hmotu. K zastavení těchto částic stačí jednoduchý list papíru. Abyste se chránili, je především důležité, aby tělo emitující alfa záření nebylo spolknuto nebo vdechnuto.
Průměrná penetrace. Β - částice jsou elektrony . Ty jsou emitovány energiemi v rozmezí od několika kEV do několika MeV. Mohou proto dosáhnout vysokých rychlostí, které jsou často relativistické. Elektricky nabité však budou zastaveny okolní hmotou a elektromagnetickými poli. Hliníková fólie o délce několika milimetrů může zastavit elektrony. Jeden centimetrová obrazovka z plexiskla zastaví všechny beta částice s energií pod 2 MeV . Abyste se chránili, je především důležité, aby tělo emitující beta záření nebylo spolknuto.
Β + částice : pozitronyPenetrace je podobná jako u elektronů. Ale na konci své cesty je pozitron zničen elektronem, který se nachází v jeho dráze, a tvoří dva gama fotony o 511 keV , emitované od sebe navzájem o 180 °, což přináší problém zpět k případu gama záření.
Velmi velká penetrace, v závislosti na energii záření a povaze překříženého média.
Každý materiál je tak charakterizován vrstvou polovičního útlumu, která závisí na jeho povaze, typu záření a energii záření. Poloviční útlumová vrstva (nebo poloviční tloušťka ) je tloušťka nezbytná ke snížení poloviční hodnoty dávkového příkonu záření X nebo y. Desátá tloušťka je definována podle stejného principu, který umožňuje průchod pouze 10% dávkového příkonu; například v radiační ochraně má desáté olověné síto (materiál široce používaný, protože je velmi účinný) tloušťku 50 mm .
Nad 10 keV již vzduch nemá významnou absorpci záření X a γ. Olovo se obecně používá jako prvek radiační ochrany v lékařství. Ve skutečnosti má poloviční absorpční tloušťku řádově 100 μm při 100 keV . Tloušťka olova 1 mm snižuje dávku rentgenového záření 100 keV o faktor 1 000. Tlouštka poloviční absorpce olova se přesto mění na 1 mm při přibližně 250 keV , což znamená, že tloušťka 10 mm olovo by bylo nutné ke snížení dávky ekvivalentního faktoru. Následně se v průmyslovém prostředí, kde energie může někdy dosáhnout několika MeV, používají v kontextu radiační ochrany betonové stěny (méně savé než olovo, ale prakticky silnější). V některých případech se jedná dokonce o barity (přidání velmi hustého nákladu ) ke zvýšení jejich účinnosti.
Při stejné tloušťce obrazovky je záření gama tlumeno : olovem , ocelí , betonem, vodou (v pořadí podle klesající účinnosti).
Protože neutron není nabitý, při průchodu hmotou neprodukuje ionizace. Volné neutrony proto netvoří ionizující záření, ale tím, že způsobují jaderné štěpení , mohou generovat ionizující záření.
Tyto neutrony bez jsou většinou nacházejí v jaderných reaktorech ; jsou emitovány například během štěpení 235 atomů uranu . Jsou nepřímo ionizující, protože to je jejich zachycení jádry nebo jejich interakce s nimi, která generuje gama záření a / nebo různé částice. Neutrony jsou také přítomny v letových výškách dálkových a podzvukových letadel: přispívají k 30% dávky obdržené letovým personálem.
Průnik závisí na jejich energii.
Boru a kadmium , neutron, absorbují (capture) neutrony.
Velká tloušťka vody nebo parafinu mírní (snižuje rychlost) neutronů.
Ionizující záření je na Zemi přítomno od jejího vzniku. Vědecké pokroky vedly lidi k používání uměle vyrobeného ionizujícího záření. Tato záření mají proto dnes velmi různorodý původ.
Tyto kosmické paprsky jsou ionizujícího záření z přírodních zdrojů. Mohou pocházet ze Slunce, ale také z jiných galaktických a extra-galaktických zdrojů. Skládají se z atomových jader , vysoce energetických částic a elektromagnetického záření . Jejich interakce v atmosféře produkuje radioaktivní prvky , o nichž se říká, že jsou kosmogenního původu, stejně jako piony, které se rozpadají za vzniku mionů .
Radioaktivita vyrábí různé druhy ionizujícího záření: alfa částice , na beta částice (P - : elektrony , β + : tomografie ) jsou protony , jsou neutrony a y záření . Samotné radionuklidy zodpovědné za tuto radioaktivitu mají několik původů:
Některé elektromagnetické záření je také ionizující záření. Obvykle se má za to, že elektromagnetické záření ionizuje na vlnových délkách menších než 0,1 μm . Mezi elektromagnetickým spektrem jsou proto považovány ionizace gama záření , rentgenového záření a některých ultrafialových paprsků . Gama paprsky jsou produkovány jadernou de-excitací po radioaktivním rozpadu . Rentgenové a ultrafialové paprsky pocházejí z elektromagnetických procesů, jako je elektronický přechod nebo Bremsstrahlung . Jsou součástí kosmického záření, ale jsou také vyráběny uměle pro použití v různých oblastech, jako je vědecký výzkum, lékařská radiologie nebo průmysl.
Některé částicové záření se také považuje za ionizující záření. Pocházejí z různých přírodních zdrojů výše, ale mohou být také přímo vytvořeny umělým způsobem a použity v urychlovačích částic : elektrony , protony , ionty .
Typ záření | Ionizující radiace | Základní poplatek | Hmotnost (M eV / c 2 ) | |
---|---|---|---|---|
Elektromagnetická radiace | Nepřímo ionizující | Daleko ultrafialové záření | 0 | 0 |
Rentgen | ||||
Gama paprsek | ||||
Částicové záření | Neutron | 0 | 940 | |
Přímo ionizující | Elektron / částice β - | -1 | 0,511 | |
Positron / β + částice | +1 | 0,511 | ||
Muon | -1 | 106 | ||
Proton | +1 | 938 | ||
Částice iontu 4 He / α | +2 | 3730 | ||
Ion 12 C. | +6 | 11193 | ||
Jiné ionty | Variabilní | Variabilní |
Záření, které proniká hmotou, interaguje s prvky v prostředí a přenáší energii. Ionizující záření má dostatek energie k poškození materiálu, kterým prochází. Ionizující záření dopadající na živý organismus může poškodit jeho buněčné složky ( DNA , organely ). Každý den jsme však vystaveni nízké dávce záření. Naštěstí za těchto podmínek intracelulární mechanismy umožňují opravit vzniklé léze. Na druhou stranu, v případě vystavení vysokým dávkám jsou tyto mechanismy překročeny a mohou se pak objevit dysfunkce organismu, patologie, dokonce smrt.
V ideálním případě by proto mělo být vystavení ionizujícímu záření, pokud je to nutné nebo nevyhnutelné, udržováno na nejnižší možné úrovni podle zásad radiační ochrany .
Abychom plně ocenili rizika spojená s ionizujícím zářením, je třeba se zajímat o rizika přírodního původu, kterým byl člověk vždy vystaven. Všechny živé organismy jsou tomu přizpůsobeny a zdá se, že jsou schopné do určité míry napravit škody způsobené tímto přirozeným ozářením.
Ve Francii je průměrná roční expozice člověka ionizujícímu záření kolem 2 mSv . Kromě této přirozené radioaktivity existuje i záření z umělých zdrojů. Tato záření jsou stejného typu jako záření vyzařovaná přírodními zdroji a jejich účinky na živou hmotu jsou při stejných dávkách stejné. Jedná se hlavně o lékařské nebo zubní rentgenové záření a v menší míře o záření požitých nebo inhalovaných radionuklidů (například cigaretovým kouřem). Ve Francii shromažďuje Informační systém pro sledování expozice ionizujícímu záření , známý jako SISERI, údaje o radiačních ochranných opatřeních pro pracovníky vystavené ionizujícímu záření.
Pouze 1,5% pochází z jiných zdrojů, jako je spad ze zkoušek jaderných zbraní vzduchem a spad z černobylské katastrofy , ale jejich účinek lze značně zhoršit, pokud je kontaminace vnitřní, v důsledku vdechování nebo absorpce (nejběžnější případů) radionuklidů v potravinách.
Vystavení přirozené radioaktivitě zůstává mnohem nižší než přímé vystavení ionizujícímu záření, například v důsledku mimořádných událostí nebo nehod v atomových elektrárnách , kde se vyskytují hodnoty od 100 do více než 10 000 mSv .
V závislosti na tom, jak se záření dostává do těla, existují dva režimy expozice: vnější nebo vnitřní.
Předpisy definovaly několik způsobů expozice od roku 2006:
Kontaminace může být povrchová nebo objemová (atmosférická).
Viz také Ozařování a radioaktivní kontaminace .
Hodnoty některých radioaktivních období :
Všechny radioizotopy nejsou vylučovány přirozeně ( močí atd.) Stejnou rychlostí. Některé se mohou hromadit ve specifických orgánech ( kosti , játra ...), než jsou evakuovány z těla.
Pro každý z radioaktivních prvků, kromě jeho poločasu , je biologický poločas je definován .
My Neprokázali jsme žádné zdravotní důsledky pro přirozené záření, s výjimkou subjektů s přecitlivělostí, jako je ataxie telangiektázie . Podle kontroverzní hypotézy ( hormoneze ) by při nízkých dávkách ozáření mohly dokonce nastat příznivé účinky . Ve skutečnosti v některých oblastech světa ( Ramsar (Írán), Kérala (Indie)) dávky přijaté obyvateli překračují 240násobek dávek obecně doporučovaných mezinárodními standardy. Některé studie navíc ukazují, že tyto populace nejsou ovlivněny více než populace v sousedních regionech, a zdá se, že mají spíše pozitivní účinek. Jiné studie naopak ukazují vysoký počet genetických aberací, narušení imunity (vysoká míra alergií) a zvýšení sterility u žen.
Ionizující záření, které přijímáme z přírodních zdrojů, má různý původ a je rozděleno do tří hlavních typů:
Kosmické zářeníKosmické záření se nazývá proud částic (hlavně protonů ) s velmi vysokou energií, řádově v gigaélektronu-voltu (GeV). Je slunečního nebo galaktického původu . Tyto vysoce-protony srazí s jádry z atomů v atmosféře a vytváří fragmenty, které jsou samy o sobě vybaven s vysokou energií ( protony , neutrony , Miony , neutrin , mesons , atd).
Míra dávkového ekvivalentu z kosmického záření činí v průměru 0,3 mSv · rok -1 na hladině moře . Značně se však liší v závislosti na nadmořské výšce a zeměpisné šířce (viz tabulka níže).
Nadmořská výška (km) |
0 ° ( rovník ) |
30 ° | 50 ° |
0 | 0,35 | 0,4 | 0,5 |
1 | 0,60 | 0,7 | 0,9 |
2 | 1.0 | 1.3 | 1.7 |
3 | 1.7 | 2.2 | 3.0 |
4 | 2.6 | 3.6 | 5.0 |
5 | 4.0 | 5.8 | 8.0 |
10 | 14.0 | 23.0 | 45,0 |
15 | 30.0 | 50.0 | 110.0 |
20 | 35.0 | 60,0 | 140,0 |
To má za následek vystavení některých populací vyšší než průměrné expozici. V tabulce níže jsou uvedeny dávkové ekvivalenty, které dostaly populace měst ve výšce.
Město | Nadmořská výška (m) |
Zeměpisná šířka (°) |
DDDE (m Sv / rok) |
Počet obyvatel (obyvatel) |
La Paz ( Bolívie ) | 3630 | 16 ° j | 2.7 | 1 800 000 |
Quito ( Ekvádor ) | 2850 | 0 ° j | 1.6 | 2 600 000 |
Bogota ( Kolumbie ) | 2640 | 4 ° severní šířky | 1.5 | 8 800 000 |
Cerro de Pasco ( Peru ) | 4,259 | 10 ° j | 3.3 | 70 000 |
Lhasa ( Tibet ) | 3684 | 30 ° severní šířky | 3.1 | 200 000 |
Jsme vystaveni záření z radioaktivních prvků v zemské kůře . Existuje asi padesát přírodních radioaktivních prvků, z nichž většina je součástí tří přirozených rodin thoria , uranu a aktinia .
Je to thorium, které existuje v největším množství ( v průměru 10 ppm ). Poté najdeme uran (2 až 3 ppm), pak aktinium.
Významně přispívá další radioelement: draslík 40 ( 40 K), přírodní izotop draslíku (0,01167%). Jeho koncentrace je řádově 100 až 1 000 Bq · kg -1 půdy.
Průměrná absorbovaná radioaktivní dávky rychlost vzhledem k všech těchto izotopů je kolem 0,3 mSv · rok -1 ve Francii. Velmi se však liší v závislosti na složení půdy. Dávka ekvivalentní v Bretani nebo ve Vogézách je dvakrát až třikrát vyšší než v Pařížské pánvi . V některých oblastech, jako je stát Kerala na jihozápadním pobřeží Indie , dosahuje dokonce 30 mSv · rok -1 .
Asi 80% vnitřního tepla Země pochází z tepla produkovaného přirozenou radioaktivitou v zemi. Viz článek Geotermální energie .
Přírodní radioaktivní prvky absorbované vdechováním nebo požitímPlynné emanace z určitých produktů vznikajících z rozpadu uranu obsaženého v půdě, jako je radon , nebo draslík z potravin, z nichž si uchováváme část v těle (prvek, který trvale udržujeme v zásobě asi 165 g na osobu ), způsobují každý z nás v průměru ozáří 1,55 mSv ročně. Hlavním zdrojem přirozeného záření je radioaktivní zemní plyn 222 Rn . Představuje přibližně třetinu přijatého ozáření a zvýšení v žulových oblastech.
Všechny přirozené rodiny mají ve svém rozpadovém řetězci izotop radonu ( 222 Rn generovaný 226 Ra a 220 Rn nazývaný také thoron , generovaný 224 Ra ). Tyto plyny vycházejí z půdy, vody a stavebních materiálů. Průměrné hodnoty koncentrací byly hodnoceny na 2 Bq / m 3 na čerstvém vzduchu a 20 Bq / m 3 v domácnostech pro nejdůležitější z nich: 222 Rn. Tyto plyny a jejich pevné potomky vyzařují do plic.
Draslík, který je důležitým prvkem naší konstituce a je nezbytný pro správné fungování našich buněk ( asi 165 g na osobu ), přispívá k neustálé vnitřní aktivitě asi 5 000 Bq , která pochází z přidání podobné části, asi 40 K izotopu tohoto prvku. díky aktivitě všech ostatních nestabilních izotopů v našem těle .
Příklad: radioaktivita z různých přírodních prostředí
Následující tabulka shrnuje příspěvek různých složek přirozené radioaktivity. Mělo by se však pamatovat na to, že se jedná o průměrné hodnoty, které se mohou značně lišit v závislosti na nadmořské výšce, zeměpisné šířce a složení podloží.
Přírodní zdroj | Expozice (m Sv / rok) |
Kosmické záření | 0,3 |
Tellurické záření | 0,32 |
Kosmické izotopy | 0,01 |
40 K. | 0,17 |
222 Rn + potomci | 0,55 |
220 Rn + potomci | 0,15 |
Rozličný | 0,06 |
Celkový | 1.56 |
U každého obyvatele je průměrná roční expozice umělým zdrojům záření asi 1 mSv. Jedná se hlavně o lékařské ozařování a průmyslové aplikace záření.
Tyto jaderné elektrárny , rostliny zpracování radioaktivního odpadu se dopadu atmosférického bývalého jaderných zkoušek a černobylské katastrofy, atd., Vystavit každý člověk v průměru 0,002 mSv ročně.
Lékařské ozářeníJedná se zejména o lékařské a zubní rentgenové záření, které způsobuje vnější ozáření blízké 1 mSv za rok (průměr ve Francii).
Vývoj diagnostické radiologii je klíčovým faktorem pokroku v medicíně v průběhu XX -tého století . Ekvivalenty dávky poskytované různými typy vyšetření se značně liší v závislosti na hloubce studovaných orgánů a velikosti segmentu dotyčného organismu. Vedle tradičních zařízení se postupně objevují sofistikovanější zařízení ( „skenery“ ), která v kombinaci s počítači umožňují produkci průřezových obrazů ( tomografií ) organismu.
Lékařská zkouška | Dávka (m Gy ) |
Hrudník x - ray | 0,7 |
Rentgen lebky | 2 |
RTG břicha | 3 |
Skener lebek | 27 |
Urografie | 20 |
CT celého těla | 160 |
Esogastroduodenální tranzit | 90 |
Radioterapie externí je ošetření základního rakoviny. Obecně se používá vysokoenergetické záření vyzařované zdroji radioaktivního kobaltu 60 Co nebo urychlovači částic .
U některých takzvaných brachyterapeutických ošetření se radioaktivní tělo umístí buď do bezprostředního kontaktu s ozařovanými tkáněmi, nebo se implantuje ve formě radioaktivních jehel ( iridium , cesium ). Obvykle podávané dávky jsou vysoké (40 až 80 Gy) a jsou rozloženy v čase, aby se zdravé tkáně mohly regenerovat. Postupy pro definitivní implantaci radioaktivních zrn ( jod , palladium ) se rozšiřují.
Nukleární medicína používá radioaktivní izotopy k prozkoumání lidského těla. Spočívá ve vstřikování radioaktivního izotopu, který je fixován ve zkoumané části, a ve vytvoření obrazu pomocí scintilační kamery ( scintigrafie ).
Použitými izotopy jsou jód 131 ( 131 I) pro funkční průzkum štítné žlázy a zejména technecium 99m ( 99m Tc), jehož zájmem je jeho krátký poločas (T = 6,02 h), který minimalizuje podávané ekvivalenty dávky. Lze jej získat z 99m Mo molybdenu elučním zařízením .
Funkční průzkum orgánů, jako je mozek, využívá pozitronovou emisní tomografii . Použitým izotopem je často 18 F (období 2 h) injikované ve formě spojené s cukrem: mozková aktivita spotřebovává glukózu a nejaktivnější oblasti během kognitivního úkolu budou vizualizovány gama kamerou .
Průzkum | Dávkový ekvivalent (m Sv za m Ci z 99m Tc injekčně) |
Měchýř | 0,85 |
Žaludek | 0,51 |
Střevo | 2.3 |
Štítná žláza | 1.3 |
Vaječníky | 0,3 |
Varlata | 0,09 |
Kostní dřeň | 0,17 |
Celé tělo | 0,11 |
Zde je souhrnný pohled na hlavní zdroje expozice člověka s odpovídajícími dávkovými ekvivalenty.
Je třeba mít na paměti, že se jedná o průměrné hodnoty a že určité skupiny jednotlivců (například pracovníci v oblasti jaderné energie a populace žijící v určitých regionech) jsou vystaveni větším ekvivalentům dávky.
Radioaktivita | Vnitřní expozice | Celková expozice |
Přirozená radioaktivita | 0,94 | 1,64 |
Ozařování pro lékařské účely | 0,015 | 0,8 |
Jaderné zkoušky | 0,02 | 0,04 |
Nukleární energie | 0,015 | 0,02 |
Celkový | 0,99 | 2.5 |
Ionizující záření produkované radioaktivním uranem nebo jinými palivy využívají jaderné elektrárny k výrobě elektřiny, v nukleární medicíně , k navrhování jaderných zbraní atd.