Muchas personas piensan que la radiación es "contagiosa": se cree que si algo ha sido expuesto a la radiación, se convierte en su fuente. Estas representaciones tienen su propio grano racional, pero la capacidad de la radiación para "transferirse" a cosas irradiadas es muy exagerada. Mucha gente piensa, por ejemplo, que puede "tomar una dosis" de las partes de una máquina de rayos X desmontada, de imágenes de rayos X e incluso de un radiólogo. ¡Y cuánto ruido aumenta cuando comienzan a hablar sobre la radiación gamma de productos alimenticios para su esterilización! Al igual, tendremos que comer irradiados, lo que significa alimentos radiactivos. Están circulando rumores absolutamente ridículos de que las "microondas" permanecen en los alimentos calentados en el microondas, y que bajo la influencia de las lámparas bactericidas, el aire en la habitación donde se quemaron se vuelve radiactivo.
En este artículo te diré cómo es realmente todo.
Cuando la radiación da lugar a radiación
En 1934, Frederic e Irene Joliot-Curie, al estudiar la interacción de las partículas alfa con átomos de varios elementos, descubrieron que algunas de ellas, aluminio, boro, magnesio, emiten algo de radiación registrada por el contador Geiger durante el bombardeo con partículas alfa, que no se detiene de inmediato. después de que se elimina la fuente de rayos alfa, y disminuye rápidamente exponencialmente. Un experimento en la cámara de Wilson mostró que esta radiación es una corriente de positrones, descubierta un poco antes en los rayos cósmicos. Los cónyuges de Joliot-Curie no habrían sido Curie si no hubieran adivinado que habían vuelto a encontrar un fenómeno que los alquimistas habían tratado de descubrir durante siglos, pero que aún no habían descubierto. La partícula alfa, que es el núcleo de helio, colisionó con el núcleo de aluminio, derribando un neutrón, y se formó un núcleo de un isótopo radiactivo de fósforo. Y esta conjetura fue probada por un experimento químico extremadamente sutil y hábil, con la ayuda de la cual fue posible aislar y detectar una cantidad insignificante de fósforo por radioactividad, que no podría verse en ningún microscopio si todos sus átomos se recogieran "en un montón". Y este fósforo también se derritió ante nuestros ojos.
Experimentos posteriores descubrieron que los neutrones, especialmente los ralentizados por el paso a través del agua, la parafina o el grafito, tienen una capacidad aún mayor para excitar las reacciones nucleares y activar diversas sustancias. Con el descubrimiento de reacciones de fisión nuclear que producen una gran cantidad de neutrones, esto se convirtió, por un lado, en un gran problema: no solo el combustible nuclear, sino que todos los elementos estructurales de los reactores se volvieron terriblemente radiactivos. Por otro lado, de esta manera se hizo posible obtener los radionucleidos requeridos a bajo costo y en grandes cantidades. El aire y el suelo activados por el flujo de neutrones de una explosión termonuclear son un factor adicional grave en el daño, por lo que la "pureza ecológica" de la bomba de hidrógeno no es más que un mito.
Entonces, ¿en qué caso la irradiación causa reacciones nucleares y conduce a la aparición de radiactividad artificial?
Como dije, los neutrones tienen una habilidad especial para esto. Es fácil adivinar cuál es la razón: el neutrón penetra fácilmente en el núcleo. No necesita superar la repulsión electrostática, como un protón o una partícula alfa. Al mismo tiempo, un neutrón es el mismo material de construcción del núcleo que esos protones y neutrones; es tan capaz de entrar en una interacción fuerte. Por lo tanto, el elemento químico número cero es la "piedra filosófica" de los alquimistas. Por el contrario, podrían llamarse "alphysics" si esta palabra no se hubiera utilizado en relación con adeptos de éter y campos de torsión.
Un neutrón puede causar una transformación nuclear de cualquier energía, hasta cero. Pero otras partículas deben tener una energía suficientemente grande para esto. Ya hablé sobre partículas alfa (como protones): necesitan superar la repulsión de Coulomb. Para los elementos ligeros, el requerimiento de energía de partículas alfa es de unos pocos megaelectrones-voltios, es decir, lo que poseen las partículas alfa emitidas por núcleos pesados inestables. Y los más pesados ya necesitan decenas de MeV: esa energía solo se puede obtener en el acelerador. Además, con un aumento en la masa del núcleo, está cada vez menos dispuesto a reaccionar con la partícula alfa: para el hierro, la adición de nucleones al núcleo se realiza con un gasto más que con la liberación de energía. Si también tenemos en cuenta la capacidad de penetración extremadamente baja de las partículas alfa en el objetivo, queda claro que incluso con una corriente muy potente de partículas alfa, la intensidad de la radiactividad artificial es baja.
¿Pero qué hay de las otras partículas? Electrones, fotones? No necesitan superar la repulsión, pero son reacios a interactuar con el núcleo. Un electrón solo puede entrar en interacciones electromagnéticas y débiles, y en la mayoría de los casos (con la excepción de los núcleos que son inestables para la captura de electrones), tal reacción es posible solo si el electrón transfiere una energía significativa al núcleo suficiente para separar el nucleón del núcleo. Lo mismo se aplica al fotón: solo un fotón de energía suficientemente alta puede excitar una
reacción fotonuclear , pero un electrón mucho más rápido que un fotón pierde energía en una sustancia, por lo que es menos efectivo.
El espectro de fotones emitidos durante la desintegración radiactiva termina en 2.62 MeV: esta es la energía de los cuantos de talio-208, el último miembro de la serie radiactiva de torio-232. Y hay muy pocos núcleos cuyos umbrales para las reacciones fotonucleares están por debajo de este valor. Más precisamente, hay dos núcleos de este tipo: deuterio y berilio-9
La primera reacción procede bajo la influencia de la radiación gamma por encima de 2,23 MeV, cuya fuente es talio-208 (una serie de torio), la segunda es suficiente 1,76 MeV - radiación de bismuto-214 (una serie de uranio-radio).
Estas reacciones producen neutrones que, a su vez, al interactuar con otros núcleos, dan lugar a isótopos radiactivos. Pero las secciones transversales de estas reacciones en sí mismas son pequeñas y, por lo tanto, la radiactividad inducida notable solo es posible a intensidades de radiación muy altas. Para la implementación de otras reacciones fotonucleares, ya se necesitan rayos gamma cuya energía se mide en decenas y cientos de MeV. A tales energías, no solo los fotones, sino en general todas las partículas: electrones y positrones, muones, protones, etc., que colisionan con los núcleos, provocan reacciones nucleares con una eficiencia suficientemente alta. Las vigas de tales partículas obtenidas en los aceleradores conducen a una fuerte activación de casi cualquier objetivo inicialmente no radiactivo.
Entonces, de hecho, en algunos casos, cuando se exponen a radiación radiactiva en una sustancia, se forman isótopos radiactivos. Pero, por lo general, un grave peligro de radiación es la radiactividad residual en dos casos:
- de objetivos expuestos a neutrones;
- de objetivos irradiados en aceleradores.
En todos los demás casos, incluso bajo la influencia de rayos X, radiación beta y gamma (con la excepción del berilio y el deuterio mencionados anteriormente), no surgen isótopos radiactivos de radiactividad inducida. La radiación alfa produce una radiactividad inducida débil y generalmente de corta duración cuando se expone a elementos ligeros.
Ni la irradiación de rayos X ni los efectos de otras radiaciones (ultravioleta, microondas, etc.) causan la aparición de radiactividad artificial. Los alimentos y medicamentos esterilizados por radiación no se vuelven radiactivos, las semillas irradiadas para aumentar la germinación y las nuevas variedades, las piedras irradiadas para darles un color (si esto no es radiación en los canales de neutrones de un reactor nuclear). ¡Los detalles de las unidades de rayos X, la ropa protectora del radiólogo y él mismo no son radiactivos!
Para ilustrar esto, pasé un poco de experiencia. Al alquilar una fuente alfa de americio-241 con una actividad de 1 MBq en un laboratorio cercano (esto es aproximadamente 100 veces la actividad de la fuente contenida en el detector de humo HIS-07, que no es difícil de comprar incluso en Aliexpress -
¡ATENCIÓN! Circulación ilegal de sustancias radiactivas - Artículo 220 ¡Código Penal de la Federación Rusa! ), Puse una placa de aluminio debajo. Como resultado, al igual que en el experimento Joliot-Curie (que utilizó una fuente mucho más poderosa), tuve que descomponer el fósforo 30 en silicio 30 y un positrón con una vida media de 2.5 minutos (y también un neutrón, que también Algo puede activarse). Sin embargo, después de media hora de exposición (para establecer un equilibrio entre la producción y la descomposición del fósforo-30), no pude detectar ninguna radiactividad notable de la placa de aluminio. Para esto, intenté usar un contador Geiger con una ventana de mica (los positrones son detectados por él de la misma manera que los electrones), así como un detector de centelleo (que los registra efectivamente en la línea 511 keV correspondiente al proceso de aniquilación). La razón del fracaso del experimento fue que las reacciones nucleares bajo la influencia de partículas alfa son raras e incluso a pesar de que en mi experimento el aluminio estuvo expuesto al menos a 500 millones de partículas alfa, durante este tiempo solo se formaron unos pocos miles de átomos radiactivos, la mayoría de los cuales durante la exposición simplemente se rompió. Quizás hubiera podido detectar positrones en la cámara de Wilson debido al fondo natural casi nulo de los positrones, pero todavía no lo he completado (cuando lo haga, este será un buen tema para el artículo).
Barro radiactivo invisible
En la mayoría de los casos, con la excepción de lo anterior, la contaminación inducida por isótopos radiactivos en la superficie de cosas y objetos se toma como radiactividad inducida. El hecho es que con una vida media de meses, años y decenas de años, la cantidad de sustancia que emite niveles alarmantes de radiación es realmente insignificante. ¿Recuerdas el miligramo de radio, que da 8.4 R / ha una distancia de un centímetro? Tiene una vida media de 1.600 años. ¿Y si la vida media es de 1.6 años, y la energía de los rayos gamma es la misma que la del radio? Entonces este miligramo "brillará" a la misma distancia ya 8400 R / h.
Cuando se trata de isótopos radiactivos, en la mayoría de los casos prácticos su número es insignificante. Estas son las llamadas
cantidades indicadoras , que se juzgan por su radiactividad. Y en tales casos, el fenómeno de
adsorción (precipitación y "adherencia" de una sustancia a la interfaz) se eleva a su altura máxima.
Los radioquímicos tienen que luchar contra la adsorción todo el tiempo. Debido a esto, puede perder completamente el isótopo radiactivo durante las operaciones con él simplemente porque todo es burro en las paredes del tubo de ensayo o vidrio. Es necesario seleccionar la composición de la solución de "fondo", pero parte del isótopo todavía se pierde y, por desgracia, a menudo se desconoce. Hay que hacer un experimento paralelo en las mismas condiciones (hasta tubos de ensayo de una caja) o agregar una
marca de salida a la solución: otro isótopo radiactivo del
mismo elemento químico . Y puedes sentarte en los chanclos de otra manera: el isótopo, cuya solución estaba previamente contenida en un vaso, se depositó en la pared y, a pesar del posterior lavado y enjuague con ácido primero, luego con agua destilada, cayó en la siguiente muestra. Al mismo tiempo, el cristal parecía absolutamente, impecablemente limpio.
Cualquier cosa puede parecer igualmente impecablemente limpia, pero no obstante, irradiando suciedad en su superficie (así como poros internos, grietas, etc.) que se comunican con ella. Y no solo una cosa: en el área de daño por radiación, la piel y el cabello de las personas afectadas, el pelo de los animales puede volverse radiactivo. Y no en todos los casos esta actividad se elimina fácilmente. En la mayoría de los casos, la descontaminación de objetos muy contaminados con radionucleidos es difícil, y en muchos casos deja de tener éxito.
A diferencia de la radiactividad inducida, que generalmente está firmemente fijada en su portador, la contaminación con radionúclidos está en su superficie y, por lo tanto, pasa fácilmente a otros objetos, a las manos de las personas y luego entra en su cuerpo, exponiéndolo a la radiación interna.
Descontaminación - métodos y herramientas
La forma más fácil de descontaminar es lavar con jabón y otros tensioactivos. Este es un método adecuado para casi todo: puede lavar el asfalto, las paredes de una casa, una persona viva y una pintura rara o un violín con jabón. En el último caso, esto se hace con cuidado, limpiando la superficie con un hisopo de tela exprimido sumergido en agua jabonosa e inmediatamente frotándolo con el mismo hisopo de agua limpia, y luego eliminando el agua restante con papel de filtro. Por lo tanto, la radiación del violín que yacía en los días más calurosos del desastre de Chernobyl cerca de la ventana abierta de la casa de Kiev y "brillando" cerca de 1 mR / h "condicionalmente", pudo reducirse a uno completamente aceptable, y así salvar el instrumento. Existen agentes de descontaminación especializados que contienen, además de surfactantes, agentes complejantes (como EDTA), resinas de intercambio iónico, zeolitas y otros sorbentes. Los agentes complejantes facilitan la transferencia de radionucleidos formadores de cationes a la solución, mientras que los componentes de intercambio iónico y los sorbentes, por el contrario, los eliminan de la solución, convirtiéndolos en una forma unida, pero no en la superficie desactivada. Por lo tanto, es bien conocido (y utilizado activamente en nuestro laboratorio) el medio Novosibirsk para la "Protección" de descontaminación, que funciona según este principio.
Pero tal herramienta a menudo no es suficiente: los radionúclidos están firmemente unidos a la superficie, ubicados en lo profundo de los poros y las microgrietas. En tales casos, es necesario utilizar métodos mucho más estrictos: para tratar superficies con ácidos que disuelven la capa superficial de metal y la corteza de óxido, y contribuyen a la desorción de contaminantes radiactivos. También usan agentes oxidantes fuertes, que destruyen la contaminación orgánica en la superficie, que también se adhiere al polvo radiactivo. En una planta de energía nuclear, a menudo se usa un método de descontaminación de dos vías para descontaminar el equipo, cuando las partes se tratan primero con una solución alcalina de permanganato de potasio y luego con ácido.
Para superficies metálicas, el método electroquímico es un método eficaz de descontaminación. El objetivo es más o menos el mismo: eliminar la capa superficial de metal, las capas de corrosión, impregnadas con radionúclidos. Pero la cantidad de desechos radiactivos líquidos se reduce drásticamente, ya que se puede usar una cantidad mínima de electrolitos. Este es el llamado baño electrolítico
semiseco : se aplica un paño o fieltro impregnado con electrolito a la superficie descontaminada y se coloca un segundo electrodo encima). La parte o superficie descontaminada es el ánodo, y generalmente se usa una lámina de plomo como el cátodo, fácilmente deformable para ajustarse firmemente a la superficie desactivada.
Para descontaminar contaminantes radiactivos difíciles de eliminar, como, por ejemplo, desde helicópteros que sobrevuelan el reactor de emergencia de Chernobyl, también se utilizó chorro de arena. Sin embargo, genera una gran cantidad de polvo radiactivo, daña severamente la superficie descontaminada y, en general, tiene una baja eficiencia.
Si de repente, Dios no lo quiera, te encuentras en una zona de contaminación radiactiva y necesitas desactivar algo urgentemente, entonces te recomiendo un detergente para lavar platos (Hada, etc.) o cualquier detergente en polvo con la adición de ácido oxálico. También puede usar limpiadores de plomería domésticos como Cif, que ya tienen ácido.
Por la radiación inducida, la desactivación generalmente no ayuda. Después de todo, su fuente está ubicada profundamente en el objeto radiante: los neutrones tienen un poder de penetración muy alto. Pero lejos de siempre, la imposibilidad de descontaminación significa que la fuente de radiación está asociada con ella.
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La radiación inducida es un fenómeno real, pero está tan cubierta de mitos que se ha convertido en una especie de mito. En realidad, la formación de radiactividad inducida debe tenerse en cuenta en varios casos, pero en el manejo normal de sustancias radiactivas y otras fuentes de radiación ionizante, no es necesario temer a la radiación inducida. Pero la contaminación con radionucleidos no solo es más real, sino también más peligrosa.
En KDPV - ZGRLS "Duga". Foto de
Mike Deere .