Klebstrahlung: induzierte Radioaktivität, radioaktive Kontamination, Dekontamination ...

Viele Menschen halten Strahlung für „ansteckend“: Es wird angenommen, dass etwas, das Strahlung ausgesetzt war, selbst zu seiner Quelle wird. Diese Darstellungen haben ihr eigenes rationales Korn, aber die Fähigkeit der Strahlung, sich auf bestrahlte Dinge zu „übertragen“, ist stark übertrieben. Viele Leute denken zum Beispiel, dass Sie eine Dosis aus den Teilen eines zerlegten Röntgengeräts, aus Röntgenbildern und sogar aus einem Radiologen „holen“ können. Und wie viel Lärm steigt, wenn sie über Gammastrahlung von Lebensmitteln für ihre Sterilisation sprechen! Wie müssen wir bestrahlt essen, was radioaktive Nahrung bedeutet. Es kursieren absolut lächerliche Gerüchte, dass „Mikrowellen“ in Lebensmitteln verbleiben, die in der Mikrowelle erhitzt werden, und dass unter dem Einfluss bakterizider Lampen die Luft in dem Raum, in dem sie verbrannt wurden, radioaktiv wird.

In diesem Artikel werde ich Ihnen sagen, wie alles wirklich ist.

Wenn Strahlung Strahlung erzeugt

Im Jahr 1934 fanden Frederic und Irene Joliot-Curie, die die Wechselwirkung von Alpha-Partikeln mit Atomen verschiedener Elemente untersuchten, heraus, dass einige von ihnen - Aluminium, Bor, Magnesium - eine vom Geigerzähler während des Beschusses mit Alpha-Partikeln aufgezeichnete Strahlung emittieren, die nicht sofort aufhört nachdem die Quelle der Alphastrahlen entfernt wurde und schnell exponentiell abnimmt. Ein Experiment in der Wilson-Kammer zeigte, dass diese Strahlung ein Positronenstrom ist, der etwas früher in kosmischen Strahlen entdeckt wurde. Die Ehepartner von Joliot-Curie wären keine Curie gewesen, wenn sie nicht geahnt hätten, dass sie erneut auf ein Phänomen gestoßen sind, das die Alchemisten seit Jahrhunderten zu entdecken versucht hatten, aber nie entdeckt hatten. Das Alpha-Teilchen, das der Kern von Helium ist, kollidierte mit dem Kern von Aluminium und schlug ein Neutron aus ihm heraus, und ein Kern eines radioaktiven Isotops von Phosphor wurde gebildet. Und diese Vermutung wurde durch ein äußerst subtiles und geschicktes chemisches Experiment bewiesen, mit dessen Hilfe eine unbedeutende Menge Phosphor durch Radioaktivität isoliert und nachgewiesen werden konnte, die in keinem Mikroskop zu sehen war, wenn alle Atome „auf einem Haufen“ gesammelt wurden. Und dieser Phosphor schmolz auch vor unseren Augen.

Nachfolgende Experimente ergaben, dass Neutronen, insbesondere solche, die durch den Durchgang durch Wasser, Paraffin oder Graphit verlangsamt werden, noch besser in der Lage sind, Kernreaktionen anzuregen und verschiedene Substanzen zu aktivieren. Mit der Entdeckung von Kernspaltungsreaktionen, die eine große Anzahl von Neutronen produzieren, wurde dies einerseits zu einem großen Problem - nicht nur Kernbrennstoff, sondern alle Strukturelemente der Reaktoren wurden schrecklich radioaktiv. Andererseits wurde es auf diese Weise möglich, die erforderlichen Radionuklide billig und in großen Mengen zu erhalten. Luft und Boden, die durch den Neutronenfluss einer thermonuklearen Explosion aktiviert werden, sind ein weiterer schwerwiegender Schadensfaktor. Die "ökologische Reinheit" der Wasserstoffbombe ist also nichts weiter als ein Mythos.

In welchem ​​Fall verursacht die Bestrahlung Kernreaktionen und führt zum Auftreten künstlicher Radioaktivität?

Wie gesagt, Neutronen haben dafür eine besondere Fähigkeit. Der Grund ist leicht zu erraten: Das Neutron dringt leicht in den Kern ein. Er muss die elektrostatische Abstoßung wie ein Proton oder ein Alpha-Teilchen nicht überwinden. Gleichzeitig ist ein Neutron das gleiche Baumaterial des Kerns wie diese Protonen und Neutronen, und es ist ebenso fähig, eine starke Wechselwirkung einzugehen. Daher ist das chemische Element Nummer Null der „philosophische Stein“ der Alchemisten. Sie könnten vielmehr als "Alphysik" bezeichnet werden, wenn dieses Wort nicht in Bezug auf Adepten von Äther- und Torsionsfeldern verwendet worden wäre.

Ein Neutron kann eine nukleare Umwandlung jeder Energie bis zu Null verursachen. Andere Teilchen müssen dafür aber eine ausreichend große Energie haben. Ich habe bereits über Alpha-Teilchen (wie Protonen) gesprochen: Sie müssen die Coulomb-Abstoßung überwinden. Für leichte Elemente beträgt der Energiebedarf für Alpha-Teilchen einige Megaelektronvolt - das heißt, was Alpha-Teilchen besitzen, die von schweren instabilen Kernen emittiert werden. Und die schwereren brauchen bereits zehn MeV - solche Energie kann nur im Gaspedal gewonnen werden. Darüber hinaus ist er mit zunehmender Masse des Kerns selbst immer weniger bereit, mit dem Alpha-Teilchen zu reagieren: Bei Eisen erfolgt die Zugabe von Nukleonen zum Kern eher mit Kosten als mit der Freisetzung von Energie. Berücksichtigt man auch die extrem geringe Durchdringungsfähigkeit von Alpha-Partikeln in das Ziel, wird deutlich, dass selbst bei einem sehr starken Strom von Alpha-Partikeln die Intensität der künstlichen Radioaktivität gering ist.

Aber was ist mit den anderen Partikeln? Elektronen, Photonen? Sie müssen die Abstoßung nicht überwinden, aber sie zögern, mit dem Kern zu interagieren. Ein Elektron kann nur elektromagnetische und schwache Wechselwirkungen eingehen, und in den meisten Fällen (mit Ausnahme von Kernen, die für das Einfangen von Elektronen instabil sind) ist eine solche Reaktion nur möglich, wenn das Elektron eine signifikante Energie auf den Kern überträgt, die ausreicht, um das Nukleon vom Kern zu lösen. Gleiches gilt für das Photon - nur ein Photon mit ausreichend hoher Energie kann eine photonukleare Reaktion anregen, aber ein Elektron, das viel schneller als ein Photon ist, verliert Energie in einer Substanz, weshalb es weniger effektiv ist.

Das Spektrum der beim radioaktiven Zerfall emittierten Photonen endet bei 2,62 MeV - dies ist die Energie der Thallium-208-Quanten, dem letzten Mitglied der radioaktiven Reihe von Thorium-232. Und es gibt nur sehr wenige Kerne, deren Schwellenwerte für photonukleare Reaktionen unter diesem Wert liegen. Genauer gesagt gibt es zwei solche Kerne: Deuterium und Beryllium-9

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

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

Die erste Reaktion läuft unter dem Einfluss von Gammastrahlung über 2,23 MeV ab, deren Quelle Thallium-208 (eine Reihe von Thorium) ist, die zweite ausreichend 1,76 MeV - Strahlung von Wismut-214 (eine Reihe von Uran-Radium).

Diese Reaktionen ergeben Neutronen, die wiederum mit anderen Kernen interagieren und radioaktive Isotope erzeugen. Die Querschnitte dieser Reaktionen selbst sind jedoch klein, und daher ist eine spürbar induzierte Radioaktivität nur bei sehr hohen Strahlungsintensitäten möglich. Für die Durchführung anderer photonuklearer Reaktionen werden bereits Gammastrahlen benötigt, deren Energie in Dutzenden und Hunderten von MeV gemessen wird. Bei solchen Energien verursachen nicht nur Photonen, sondern im Allgemeinen alle Teilchen - Elektronen und Positronen, Myonen, Protonen usw., die mit Kernen kollidieren, Kernreaktionen mit ausreichend hoher Effizienz. Strahlen solcher Partikel, die an Beschleunigern erhalten werden, führen zu einer starken Aktivierung fast aller anfänglich nicht radioaktiven Ziele.

In der Tat werden in einigen Fällen radioaktive Isotope gebildet, wenn sie radioaktiver Strahlung auf eine Substanz ausgesetzt werden. In der Regel ist die verbleibende Radioaktivität in zwei Fällen eine ernsthafte Strahlengefahr:

• von Zielen, die Neutronen ausgesetzt sind;
• von Zielen, die in Beschleunigern bestrahlt werden.

In allen anderen Fällen, auch unter dem Einfluss von Röntgen-, Beta- und Gammastrahlung (mit Ausnahme des oben genannten Berylliums und Deuteriums), treten keine radioaktiven Isotope mit induzierter Radioaktivität auf. Alphastrahlung erzeugt eine schwache und normalerweise kurzlebige induzierte Radioaktivität, wenn sie leichten Elementen ausgesetzt wird.

Weder Röntgenbestrahlung noch die Auswirkungen anderer Strahlung - Ultraviolett, Mikrowelle usw. - verursachen künstliche Radioaktivität. Durch Strahlung sterilisierte Lebensmittel und Medikamente werden nicht radioaktiv, Samen werden bestrahlt, um die Keimung zu erhöhen, und neue Sorten, Steine ​​werden bestrahlt, um ihnen eine Farbe zu verleihen (wenn dies keine Strahlung in den Neutronenkanälen eines Kernreaktors ist). Die Details der Röntgengeräte, die Schutzkleidung des Radiologen und er selbst sind nicht radioaktiv!

Um dies zu veranschaulichen, habe ich ein wenig Erfahrung gemacht. Durch die Anmietung einer Alpha-Quelle von Americium-241 mit einer Aktivität von 1 MBq in einem nahe gelegenen Labor (dies ist etwa das 100-fache der Aktivität der im Rauchmelder HIS-07 enthaltenen Quelle, die selbst bei Aliexpress nicht schwer zu kaufen ist - ACHTUNG! Illegale Verbreitung radioaktiver Substanzen - Artikel 220 Strafgesetzbuch der Russischen Föderation! ), Ich habe eine Aluminiumplatte darunter gelegt. Infolgedessen musste ich wie im Joliot-Curie-Experiment (bei dem eine viel stärkere Quelle verwendet wurde) Phosphor-30 zu Silizium-30 und einem Positron mit einer Halbwertszeit von 2,5 Minuten zerfallen lassen (und auch ein Neutron, was auch das ist Etwas kann aktiviert werden). Nach einer halben Stunde Exposition (um ein Gleichgewicht zwischen der Produktion und dem Zerfall von Phosphor-30 herzustellen) konnte ich jedoch keine wahrnehmbare Radioaktivität von der Aluminiumplatte feststellen. Dazu habe ich versucht, einen Geigerzähler mit Glimmerfenster (Positronen werden von ihm wie Elektronen erfasst) sowie einen Szintillationsdetektor (der sie effektiv in der dem Vernichtungsprozess entsprechenden 511 keV-Leitung aufzeichnet) zu verwenden. Der Grund für das Scheitern des Experiments war, dass Kernreaktionen unter dem Einfluss von Alpha-Partikeln selten sind und obwohl in meinem Experiment Aluminium mindestens einer halben Milliarde Alpha-Partikeln ausgesetzt war, wurden in dieser Zeit nur wenige tausend radioaktive Atome gebildet, von denen die meisten während der Belichtung gerade aufgelöst. Vielleicht hätte ich Positronen in Wilsons Kammer aufgrund des nahezu Null-natürlichen Hintergrunds von Positronen erkennen können, aber ich habe es noch nicht abgeschlossen (wenn ich das tue, wird dies ein gutes Thema für den Artikel sein).

Unsichtbarer radioaktiver Schlamm

In den meisten Fällen, mit Ausnahme der oben genannten, wird die durch radioaktive Isotope auf der Oberfläche von Dingen und Gegenständen induzierte Verschmutzung als induzierte Radioaktivität angesehen. Tatsache ist, dass bei einer Halbwertszeit von Monaten, Jahren und zehn Jahren die Menge an Substanz, die erschreckende Strahlungswerte abgibt, wirklich unbedeutend ist. Erinnern Sie sich an das Milligramm Radium, das in einem Abstand von einem Zentimeter 8,4 U / h ergibt? Es hat eine Halbwertszeit von 1.600 Jahren. Und wenn die Halbwertszeit 1,6 Jahre beträgt und die Energie der Gammastrahlen dieselbe ist wie die des Radiums? Dann wird dieses Milligramm bereits bei 8400 U / h im gleichen Abstand „leuchten“.

Beim Umgang mit radioaktiven Isotopen ist ihre Anzahl in den meisten praktischen Fällen vernachlässigbar. Dies sind die sogenannten Indikatormengen , die anhand ihrer Radioaktivität beurteilt werden. In solchen Fällen steigt das Phänomen der Adsorption - Ausfällung und "Anhaften" einer Substanz an der Grenzfläche - auf ihre volle Höhe an.

Radiochemiker müssen die Adsorption ständig bekämpfen. Aufgrund dessen können Sie das radioaktive Isotop während des Betriebs damit vollständig verlieren, einfach weil alles Esel an den Wänden des Reagenzglases oder des Glases ist. Es ist notwendig, die Zusammensetzung der "Hintergrund" -Lösung auszuwählen, aber ein Teil des Isotops geht immer noch verloren und ist leider oft unbekannt. Man muss ein paralleles Experiment unter absolut gleichen Bedingungen durchführen (bis zu Reagenzgläsern aus einer Box) oder der Lösung eine Austrittsmarke hinzufügen - ein weiteres radioaktives Isotop desselben chemischen Elements . Und Sie können auf andere Weise in den Galoschen sitzen: Das Isotop, dessen Lösung zuvor in einem Glas enthalten war, setzte sich an der Wand ab und fiel trotz anschließendem Waschen und Spülen zuerst mit Säure, dann mit destilliertem Wasser in die nächste Probe. Gleichzeitig schien das Glas absolut makellos sauber zu sein.

Jedes Ding mag ebenso makellos sauber erscheinen, strahlt jedoch Schmutz auf seiner Oberfläche (sowie in Poren, Spalten usw.) aus, der mit ihm kommuniziert. Und nicht nur eines: Im Bereich der Strahlenschäden, der Haut und der Haare der Betroffenen können Tierhaare radioaktiv werden. Und nicht in allen Fällen ist diese Aktivität leicht zu entfernen. In den meisten Fällen ist die Dekontamination von stark mit Radionukliden kontaminierten Gegenständen schwierig und in vielen Fällen erfolglos.

Im Gegensatz zur induzierten Radioaktivität, die normalerweise fest auf dem Träger fixiert ist, befindet sich die Kontamination mit Radionukliden auf der Oberfläche und gelangt daher leicht auf andere Objekte, auf die Hände von Menschen und gelangt dann in ihren Körper, wodurch er innerer Strahlung ausgesetzt wird.

Dekontamination - Methoden und Werkzeuge

Der einfachste Weg zur Dekontamination ist das Waschen mit Seife und anderen Tensiden. Dies ist eine Methode, die für fast alles geeignet ist - Sie können Asphalt, die Wände eines Hauses, eine lebende Person und ein seltenes Gemälde oder eine Geige mit Seife waschen. Im letzteren Fall wird dies vorsichtig durchgeführt, indem die Oberfläche mit einem in Seifenwasser getauchten, zusammengedrückten Tuch abgewischt und sofort mit demselben Tupfer sauberen Wassers eingerieben wird. Anschließend wird das restliche Wasser mit Filterpapier entfernt. So konnte die Strahlung der Geige, die an den heißesten Tagen der Tschernobyl-Katastrophe in der Nähe des offenen Fensters des Kiewer Hauses lag und etwa 1 mR / h "bedingt" genau "leuchtete", auf ein völlig akzeptables Maß reduziert und damit das Instrument gerettet werden. Es gibt spezielle Dekontaminationsmittel, die neben Tensiden Komplexbildner (wie EDTA), Ionenaustauscherharze, Zeolithe und andere Sorptionsmittel enthalten. Komplexbildner erleichtern den Transfer von kationenbildenden Radionukliden in die Lösung, während Ionenaustauschkomponenten und Sorbentien sie im Gegensatz dazu aus der Lösung entfernen und sie in eine gebundene Form umwandeln, jedoch nicht auf einer deaktivierten Oberfläche. Es ist also bekannt (und wird in unserem Labor aktiv eingesetzt), dass Novosibirsk für die Dekontamination "Schutz" bedeutet, der nach diesem Prinzip arbeitet.

Ein solches Werkzeug reicht jedoch oft nicht aus: Radionuklide sind fest an die Oberfläche gebunden und befinden sich tief in Poren und Mikrorissen. In solchen Fällen müssen viel strengere Methoden angewendet werden - um Oberflächen mit Säuren zu behandeln, die die Oberflächenschicht aus Metall und die Rostkruste darauf auflösen und zur Desorption radioaktiver Verunreinigungen beitragen. Sie verwenden auch starke Oxidationsmittel, die die organische Verschmutzung der Oberfläche zerstören, die auch an radioaktivem Staub haftet. In einem Kernkraftwerk wird häufig eine Zwei-Wege-Dekontaminationsmethode verwendet, um Geräte zu dekontaminieren, wenn Teile zuerst mit einer alkalischen Lösung von Kaliumpermanganat und dann mit Säure behandelt werden.
Für Metalloberflächen ist das elektrochemische Verfahren ein wirksames Dekontaminationsverfahren. Das Ziel ist ungefähr dasselbe - die mit Radionukliden imprägnierte Oberflächenschicht aus Metall und Korrosionsschichten zu entfernen. Die Menge an flüssigem radioaktivem Abfall wird jedoch stark reduziert, da eine minimale Menge an Elektrolyt verwendet werden kann. Dies ist das sogenannte halbtrockene Elektrolytbad - ein mit Elektrolyt imprägniertes Tuch oder Filz wird auf die dekontaminierte Oberfläche aufgebracht und eine zweite Elektrode darauf gelegt). Das dekontaminierte Teil oder die dekontaminierte Oberfläche ist die Anode, und normalerweise wird ein Bleiblatt als Kathode verwendet, das leicht verformbar ist, um fest auf die deaktivierte Oberfläche zu passen.

Zur Dekontamination schwer zu entfernender radioaktiver Verunreinigungen, wie beispielsweise von Hubschraubern, die über den Notfallreaktor von Tschernobyl fliegen, wurde auch Sandstrahlen verwendet. Es erzeugt jedoch eine große Menge an radioaktivem Staub, beschädigt die dekontaminierte Oberfläche schwer und weist im Allgemeinen einen geringen Wirkungsgrad auf.

Wenn Sie sich plötzlich, Gott bewahre, in einer Zone radioaktiver Kontamination befinden und dringend etwas deaktivieren müssen, empfehle ich ein Geschirrspülmittel (Fee usw.) oder ein Waschpulver unter Zusatz von Oxalsäure. Sie können auch Haushaltsreiniger wie Cif verwenden, die bereits Säure enthalten.
Aufgrund der induzierten Strahlung hilft eine Deaktivierung normalerweise nicht. Schließlich befindet sich seine Quelle tief im strahlenden Objekt - Neutronen haben eine sehr hohe Durchdringungskraft. Die Unmöglichkeit der Dekontamination bedeutet jedoch keineswegs immer, dass die Strahlungsquelle damit verbunden ist.

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Induzierte Strahlung ist ein echtes Phänomen, aber es ist so mit Mythen bewachsen, dass es selbst zu einer Art Mythos geworden ist. In der Realität muss die Bildung von induzierter Radioaktivität in einer Reihe von Fällen berücksichtigt werden, aber beim normalen Umgang mit radioaktiven Substanzen und anderen Quellen ionisierender Strahlung muss man keine Angst vor induzierter Strahlung haben. Die Kontamination mit Radionukliden ist jedoch nicht nur realer, sondern auch gefährlicher.

Auf KDPV - ZGRLS "Duga". Foto von Mike Deere .