الإشعاع اللاصق: النشاط الإشعاعي المستحث ، التلوث الإشعاعي ، إزالة التلوث ...

يعتقد الكثير من الناس أن الإشعاع "معدي": يُعتقد أنه إذا تعرض شيء ما للإشعاع ، فسيصبح هو مصدره. هذه العروض لها حبيباتها العقلانية ، لكن قدرة الإشعاع على "نقل" الأشياء المشعة مبالغ فيها إلى حد كبير. يعتقد الكثير من الناس ، على سبيل المثال ، أنه يمكنك "الحصول على جرعة" من أجزاء جهاز الأشعة السينية المفككة ، من صور الأشعة السينية ، وحتى من طبيب الأشعة. وكم ترتفع الضوضاء عند بدء الحديث عن إشعاعات جاما للمنتجات الغذائية لتعقيمها! مثل ، سيتعين علينا تناول الطعام المشع ، مما يعني الطعام المشع. تدور شائعات سخيفة تمامًا مفادها أن "أفران الميكروويف" تظل موجودة في الطعام الذي يتم تسخينه في الميكروويف ، وأن الهواء الموجود في الغرفة التي تحترق فيها ، تحت تأثير مصابيح مبيد للجراثيم ، يصبح إشعاعيًا.

سأخبرك في هذا المقال كيف يكون كل شيء حقًا.

عندما الإشعاع يؤدي إلى الإشعاع

في عام 1934 ، وجد فريدريك وإيرين جوليو كوري ، الذين يدرسون تفاعل جسيمات ألفا مع ذرات العناصر المختلفة ، أن بعضها - الألومنيوم والبورون والمغنيسيوم - ينبعث منها بعض الإشعاعات التي سجلها عداد جيجر أثناء القصف بجزيئات ألفا ، والتي لا تتوقف على الفور بعد إزالة مصدر أشعة ألفا ، وينخفض ​​بسرعة أضعافا مضاعفة. أوضحت تجربة في غرفة ويلسون أن هذا الإشعاع هو تيار من البوزيترونات ، تم اكتشافه في وقت سابق بقليل في الأشعة الكونية. لم تكن أزواج Joliot-Curie كوريين لو لم يخمنوا أنهم واجهوا مرة أخرى ظاهرة حاول الكيميائيون اكتشافها لعدة قرون ، لكنهم لم يكتشفوها بعد. اصطدم جسيم ألفا ، وهو نواة الهيليوم ، بنواة الألومنيوم ، مما أدى إلى خروج نيوترون منها ، وتم تشكيل نواة نظير مشع للفوسفور. وقد ثبت هذا التخمين من خلال تجربة كيميائية خفية ومهارة للغاية ، حيث كان من الممكن عزل وكشف كمية ضئيلة من الفسفور عن طريق النشاط الإشعاعي ، والذي لا يمكن رؤيته في أي مجهر إذا تم جمع جميع ذراته "في كومة". وهذا الفوسفور ذاب أيضا أمام أعيننا.

اكتشفت التجارب اللاحقة أن النيوترونات ، خاصة تلك التي تباطأت بالمرور عبر الماء أو البارافين أو الجرافيت ، لديها قدرة أكبر على إثارة التفاعلات النووية وتنشيط المواد المختلفة. مع اكتشاف تفاعلات الانشطار النووي التي تنتج عددًا كبيرًا من النيوترونات ، أصبح هذا من ناحية مشكلة كبيرة - ليس فقط الوقود النووي ، ولكن أصبحت جميع العناصر الهيكلية للمفاعلات مشعة بشكل رهيب. من ناحية أخرى ، وبهذه الطريقة أصبح من الممكن الحصول على النويدات المشعة المطلوبة بثمن بخس وبكميات كبيرة. الهواء والتربة المنفعلين بتدفق النيوترون للانفجار النووي الحراري هما عاملان خطيران آخران في التلف ، وبالتالي فإن "النقاء البيئي" للقنبلة الهيدروجينية ليس أكثر من أسطورة.

في هذه الحالة ، هل يسبب الإشعاع ردود فعل نووية ويؤدي إلى ظهور نشاط إشعاعي صناعي؟

كما قلت ، النيوترونات لديها قدرة خاصة على ذلك. من السهل تخمين السبب: النيترون يخترق بسهولة النواة. إنه لا يحتاج إلى التغلب على التنافر الإلكتروستاتي ، مثل بروتون أو جسيم ألفا. في الوقت نفسه ، فإن النيوترون هو نفس مادة البناء للنواة مثل تلك البروتونات والنيوترونات ، كما أنه قادر على الدخول في تفاعل قوي. لذلك ، فإن العنصر الكيميائي رقم الصفر هو "حجر الفلسفية" للغاية من الكيميائيين. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يطلق عليهم "alphysics" إذا لم يتم استخدام هذه الكلمة فيما يتعلق بحقول الأثير وحقول الالتواء.

يمكن أن يسبب النيوترون تحولاً نووياً لأي طاقة تصل إلى الصفر. لكن يجب أن تمتلك الجسيمات الأخرى طاقة كبيرة بما يكفي لهذا الغرض. لقد تحدثت بالفعل عن جسيمات ألفا (مثل البروتونات): إنها تحتاج إلى التغلب على تنافر كولوم. بالنسبة للعناصر الخفيفة ، يكون شرط طاقة جسيم ألفا عبارة عن عدد قليل من فولت الإلكترون الضخم - وهذا هو ما تملكه جسيمات ألفا المنبعثة من نوى ثقيلة غير مستقرة. والأثقل منها يحتاج بالفعل إلى عشرات MeV - يمكن الحصول على هذه الطاقة فقط في المعجل. بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة كتلة النواة ، فإنها في حد ذاتها أقل استعدادًا للتفاعل مع جسيمات ألفا: بالنسبة للحديد ، تتم إضافة النكليونات إلى النواة بحساب بدلاً من إطلاق الطاقة. إذا أخذنا أيضًا في الاعتبار القدرة المنخفضة جدًا لاختراق جسيمات ألفا في الهدف ، يصبح من الواضح أنه حتى مع وجود تيار قوي جدًا من جسيمات ألفا ، تكون شدة النشاط الإشعاعي الاصطناعي منخفضة.

ولكن ماذا عن الجزيئات الأخرى؟ الإلكترونات ، الفوتونات؟ لا يحتاجون إلى التغلب على الطرد ، لكنهم يترددون في التفاعل مع القلب. يمكن أن يدخل الإلكترون فقط في تفاعلات كهرومغناطيسية وضعيفة ، وفي معظم الحالات (باستثناء النواة غير المستقرة لالتقاط الإلكترون) ، يكون مثل هذا التفاعل ممكنًا فقط إذا نقل الإلكترون طاقة كبيرة إلى النواة كافية لفصل النواة عن النواة. الأمر نفسه ينطبق على الفوتون - فقط الفوتون من الطاقة العالية بما فيه الكفاية يمكن أن يثير رد فعل نووي ضوئي ، ولكن الإلكترون أسرع بكثير من الفوتون يفقد الطاقة في مادة ما ، وهذا هو السبب في كونه أقل فعالية.

ينتهي طيف الفوتونات المنبعثة خلال عملية التحلل الإشعاعي عند 2.62 ميجا فولت - وهذه هي طاقة الثاليوم - 208 كوانتا ، آخر عضو في السلسلة المشعة من الثوريوم - 232. وهناك عدد قليل جدًا من النوى التي تقل عتبات ردود الفعل النووية النووية عن هذه القيمة. بتعبير أدق ، هناك نوعان من هذه النوى: الديوتيريوم والبريليوم 9

$$

$$\ gamma + {} ^ {2} \ textrm {H} \ rightarrow p + n$$

$$

$$\ gamma + {} ^ {9} _ {4} \ textrm {Be} \ rightarrow n + ^ {8} _ {4} \ textrm {Be}$$

يبدأ رد الفعل الأول تحت تأثير إشعاع جاما فوق 2.23 MeV ، ومصدره هو الثاليوم-208 (سلسلة من الثوريوم) ، والثاني هو ما يكفي من 1.76 MeV - إشعاع البزموت -214 (سلسلة من يورانيوم-راديوم).

تنتج ردود الفعل هذه نيوترونات ، والتي بدورها تتفاعل مع نوى أخرى ، تؤدي إلى نظائر مشعة. لكن المقاطع العرضية لهذه التفاعلات نفسها صغيرة ، وبالتالي لا يمكن ملاحظة النشاط الإشعاعي المستحث إلا في شدة الإشعاع العالية جدًا. لتنفيذ التفاعلات النووية الضوئية الأخرى ، هناك حاجة بالفعل إلى أشعة جاما التي تقاس طاقتها بعشرات ومئات من MeV. في مثل هذه الطاقات ، ليس فقط الفوتونات ، ولكن بشكل عام جميع الجزيئات - الإلكترونات والبوزيترونات ، والمونات ، والبروتونات ، وما إلى ذلك ، التي تصطدم مع النواة ، تسبب تفاعلات نووية بكفاءة عالية بما فيه الكفاية. الحزم من هذه الجزيئات التي تم الحصول عليها في المعجلات تؤدي إلى تنشيط قوي لأي أهداف غير مشعة في البداية تقريبًا.

لذلك ، في الواقع ، في بعض الحالات ، عندما تتعرض للإشعاع المشع على مادة ما ، يتم تشكيل نظائر مشعة. ولكن عادة ما يكون خطر الإشعاع الخطير هو النشاط الإشعاعي المتبقي في حالتين:

• من الأهداف المعرضة للنيوترونات ؛
• من الأهداف المشعة في المعجلات.

في جميع الحالات الأخرى ، بما في ذلك تحت تأثير الأشعة السينية ، وإشعاع بيتا وغاما (باستثناء البريليوم والديريتيريوم المذكور أعلاه) ، لا تنشأ النظائر المشعة للنشاط الإشعاعي المستحث. ينتج إشعاع ألفا نشاطًا إشعاعيًا ضعيفًا وعمرًا قصير المدى عند تعرضه لعناصر ضوئية.

لا يسبب تشعيع الأشعة السينية ولا تأثيرات الإشعاعات الأخرى - الأشعة فوق البنفسجية ، الميكروويف ، إلخ ، ظهور النشاط الإشعاعي الاصطناعي. الغذاء والدواء المعقمان بالإشعاع لا يصبحان مشعّين ، والبذور المشعّعة لزيادة الإنبات والأصناف الجديدة ، الأحجار المشعّعة لمنحها لونًا (إذا لم يكن هذا الإشعاع في قنوات النيوترونات في المفاعل النووي). إن تفاصيل وحدات الأشعة السينية والملابس الواقية لأخصائي الأشعة ، وهو نفسه غير مشع!

لتوضيح هذا ، قضيت القليل من الخبرة. عن طريق استئجار مصدر ألفا للأميريسيوم -24 مع نشاط قدره 1 ميجا بايت في المختبر القريب (أي حوالي 100 ضعف نشاط المصدر الوارد في كاشف دخان HIS-07 ، والذي يسهل شراؤه حتى في Aliexpress - ATTENTION! التداول غير القانوني للمواد المشعة - المادة 220 القانون الجنائي للاتحاد الروسي! ) ، أضع لوحة الألومنيوم تحتها. نتيجة لذلك ، كما في تجربة Joliot-Curie (التي استخدمت مصدرًا أكثر قوة) ، اضطررت إلى الحصول على الفوسفور 30 ​​المتحلل إلى silicon-30 وبوزيترون بعمر نصف يبلغ 2.5 دقيقة (وأيضًا نيوترون ، وهو أيضًا ما شيء يمكن أن تنشط). ومع ذلك ، بعد نصف ساعة من التعرض (لإقامة توازن بين إنتاج وتسوس الفوسفور 30) ، لم أتمكن من اكتشاف أي نشاط إشعاعي ملحوظ من لوحة الألومنيوم. لهذا الغرض ، حاولت استخدام عداد جيجر مع نافذة الميكا (يتم الكشف عن البوزيترونات بنفس طريقة الإلكترونات) ، بالإضافة إلى كاشف التلألؤ (الذي يسجلها فعليًا في خط 511 كيلو فولت المتوافق مع عملية الإبادة). سبب فشل التجربة هو أن التفاعلات النووية تحت تأثير جسيمات ألفا نادرة ، وعلى الرغم من حقيقة أن الألومنيوم تعرض في تجربتي لنصف مليار جسيمات ألفا على الأقل ، خلال هذا الوقت تم تشكيل بضعة آلاف من الذرات المشعة فقط ، معظمها أثناء التعرض انهارت للتو. ربما كنت سأتمكن من اكتشاف البوزيترونات في غرفة ويلسون بسبب الخلفية الطبيعية تقريبًا للصفر من البوزيترونات ، لكنني لم أكملها بعد (عندما أفعل ، سيكون هذا موضوعًا جيدًا للمقال).

الطين المشع الخفي

في معظم الحالات ، باستثناء ما سبق ، يعتبر التلوث الناجم عن النظائر المشعة على سطح الأشياء والأشياء نشاطًا إشعاعيًا مستحثًا. والحقيقة هي أنه مع نصف عمر الشهور والسنوات وعشرات السنين ، فإن كمية المادة التي تنبعث منها مستويات مخيفة من الإشعاع لا تذكر حقًا. تذكر ملليجرام الراديوم ، الذي يعطي 8.4 R / ساعة على مسافة سنتيمتر واحد؟ لديها نصف عمر 1،600 سنة. وإذا كان عمر النصف هو 1.6 سنة ، وكانت طاقة أشعة جاما هي نفس طاقة الراديوم؟ ثم سوف "يلمع" هذا الملليغرام على نفس المسافة بالفعل 8400 R / ساعة.

عند التعامل مع النظائر المشعة ، فإن عددهم في معظم الحالات العملية لا يكاد يذكر. هذه هي كميات المؤشر ما يسمى ، والتي يتم الحكم عليها من خلال النشاط الإشعاعي. وفي مثل هذه الحالات ، فإن ظاهرة الامتزاز - هطول الأمطار و "التصاق" مادة ما بالواجهة - ترتفع إلى ذروتها.

يتعين على علماء الأشعة أن يحاربوا الامتزاز طوال الوقت. بسبب ذلك ، يمكنك أن تفقد نظيرًا مشعًا تمامًا أثناء العمليات معه لأنه ببساطة حمار على جدران أنبوب الاختبار أو الزجاج. من الضروري تحديد تركيبة حل "الخلفية" ، لكن جزءًا من النظير لا يزال مفقودًا ، وللأسف ، غالبًا ما يكون غير معروف. يتعين على المرء إجراء تجربة موازية تحت نفس الظروف تمامًا (حتى اختبار أنابيب من صندوق واحد) أو إضافة علامة خروج إلى المحلول - نظير مشع آخر لنفس العنصر الكيميائي . ويمكنك الجلوس في الكالوشات بطريقة أخرى: النظير ، الذي تم احتواء محلوله سابقًا في كوب ، واستقر على الحائط ، وعلى الرغم من الغسيل والشطف اللاحقين أولاً ، ثم بالماء المقطر ، سقط في العينة التالية. في الوقت نفسه ، بدا الزجاج نظيفًا تمامًا.

قد يبدو أي شيء نظيفًا على قدم المساواة ، ولكنه مع ذلك يشع الأوساخ الموجودة على سطحه (وكذلك داخل المسام والشقوق وما إلى ذلك) التي تتصل به. وليس مجرد شيء: في مجال الضرر الإشعاعي ، جلد وشعر الأشخاص المتضررين ، يمكن أن يصبح شعر الحيوان مشعًا. وليس في جميع الحالات تتم إزالة هذا النشاط بسهولة. في معظم الحالات ، يكون إزالة الكائنات الملوثة بشدة بالنويدات المشعة أمرًا صعبًا ، وفي كثير من الحالات يصبح غير ناجح.

على عكس النشاط الإشعاعي المستحث ، والذي عادة ما يكون ثابتًا بقوة على حامله ، فإن التلوث بالنويدات المشعة موجود على سطحه وبالتالي ينتقل بسهولة إلى أشياء أخرى ، إلى أيدي الناس ثم يدخل جسمهم ، ويعرضها للإشعاع الداخلي.

إزالة التلوث - الطرق والأدوات

أسهل طريقة لإزالة التلوث هي الغسيل بالماء والصابون. هذه طريقة مناسبة لكل شيء تقريبًا - يمكنك غسل الإسفلت وجدران المنزل والشخص الحي واللوحة النادرة أو الكمان بالصابون. في الحالة الأخيرة ، يتم ذلك بعناية ، حيث يمسح السطح بقطعة قماش مضغوطة مغموسة بالماء والصابون وفركه فوراً بنفس المسحة من الماء النظيف ، ثم يزيل الماء المتبقي بورق الترشيح. وهكذا ، فإن إشعاع الكمان الذي يرقد في أشد أيام كارثة تشيرنوبيل بالقرب من النافذة المفتوحة لمنزل كييف و "الإشراق" حوالي 1 رطل / ساعة "بشكل مشروط" عن قرب ، كان من الممكن تقليصه إلى درجة مقبولة تمامًا ، وبالتالي حفظ الأداة. هناك عوامل إزالة التلوث المتخصصة التي تحتوي ، بالإضافة إلى السطحي ، عوامل التعقيد (مثل EDTA) ، وراتنجات التبادل الأيوني ، والزيوليت والمواد الماصة الأخرى. تعمل عوامل التركيب على تسهيل نقل النويدات المشعة الكاتيونية إلى محلول ، بينما تقوم مكونات التبادل الأيوني والمواد الماصة ، على العكس من ذلك ، بإزالتها من المحلول ، وتحويلها إلى شكل مرتبط ، ولكن ليس على السطح المعطل. لذلك ، فمن المعروف (ويستخدم بنشاط في مختبرنا) نوفوسيبيرسك تعني لإزالة "الحماية" ، والتي تعمل على هذا المبدأ.

ولكن هذه الأداة لا تكفي غالبًا: ترتبط النويدات المشعة بحزم بالسطح ، وتقع في عمق المسام والشقوق الصغيرة. في مثل هذه الحالات ، من الضروري استخدام طرق أكثر صرامة - لمعالجة الأسطح بالأحماض التي تذوب الطبقة السطحية من المعدن وقشرة الصدأ عليها ، وتسهم في امتصاص الملوثات المشعة. كما أنها تستخدم عوامل مؤكسدة قوية ، والتي تدمر التلوث العضوي على السطح ، والتي تلتصق أيضًا بالغبار المشع. في محطة الطاقة النووية ، غالبًا ما يتم استخدام طريقة لإزالة التلوث في اتجاهين لإزالة التلوث من المعدات ، عند معالجة الأجزاء أولاً بمحلول قلوي من برمنجنات البوتاسيوم ثم مع الحمض.
بالنسبة للأسطح المعدنية ، فإن الطريقة الكهروكيميائية هي وسيلة فعالة لإزالة التلوث. الهدف هو نفسه تقريبا - لإزالة الطبقة السطحية من المعدن ، طبقات التآكل ، مشربة مع النويدات المشعة. ولكن يتم تقليل كمية النفايات المشعة السائلة انخفاضًا حادًا ، حيث يمكن استخدام كمية ضئيلة من المنحل بالكهرباء. هذا هو ما يسمى بالحمام الكهربائي شبه الجاف - يتم وضع قطعة قماش أو لبس مشربة بالكهرباء على السطح المطهر ويوضع فوقها قطب كهربائي آخر). الجزء أو السطح المطهر هو الأنود ، وعادة ما يتم استخدام ورقة الرصاص كاثود ، يمكن تشوهها بسهولة لتناسب السطح المعطل بإحكام.

لإزالة التلوث من الملوثات المشعة التي يصعب إزالتها ، على سبيل المثال ، من طائرات الهليكوبتر التي تحلق فوق مفاعل تشيرنوبيل في حالات الطوارئ ، تم استخدام السفع الرملي أيضًا. ومع ذلك ، فإنه يولد كمية كبيرة من الغبار المشع ، ويضر بشدة سطح التطهير ، وعموما كفاءة منخفضة.

إذا فجأة ، لا سمح الله ، تجد نفسك في منطقة ملوثة بالإشعاع وتحتاج إلى إلغاء تنشيط شيء على وجه السرعة ، ثم أوصي بمنظف لغسل الأواني (الجنية ، إلخ) أو أي مسحوق غسيل مع إضافة حمض الأكساليك. يمكنك أيضًا استخدام منظفات السباكة المنزلية مثل Cif ، التي تحتوي بالفعل على حمض.
من الإشعاعات المستحثة ، لا يساعد التنشيط عادة. بعد كل شيء ، يقع مصدره في عمق الأجسام المشعة - للنيوترونات قوة اختراق عالية للغاية. لكن بعيدًا عن استحالة إزالة التلوث دائمًا ، يعني أن مصدر الإشعاع يرتبط به.

* * *

الإشعاع المستحث ظاهرة حقيقية ، لكنها غارقة في الخرافات لدرجة أنها بحد ذاتها أصبحت نوعًا من الأساطير. في الواقع ، يجب أن تؤخذ في الحسبان تشكيل النشاط الإشعاعي المستحث في عدد من الحالات ، لكن في التعامل العادي للمواد المشعة وغيرها من مصادر الإشعاعات المؤينة ، لا يحتاج المرء إلى الخوف من الإشعاع المستحث. لكن التلوث بالنويدات المشعة ليس أكثر واقعية فحسب ، بل أكثر خطورة أيضًا.

على KDPV - ZGRLS "دوجا". الصورة بواسطة مايك ديري .