Beaucoup de gens pensent que le rayonnement est «contagieux»: on pense que si quelque chose a été exposé au rayonnement, il devient lui-même sa source. Ces représentations ont leur propre grain rationnel, mais la capacité du rayonnement à se «transférer» aux choses irradiées est grandement exagérée. Beaucoup de gens pensent, par exemple, que vous pouvez «prendre une dose» des pièces d'une machine à rayons X démontée, d'images radiographiques et même d'un radiologue. Et combien de bruit monte quand ils commencent à parler du rayonnement gamma des produits alimentaires pour leur stérilisation! Par exemple, nous devrons manger irradiés, ce qui signifie des aliments radioactifs. Des rumeurs absolument ridicules circulent selon lesquelles des «micro-ondes» restent dans les aliments chauffés au micro-ondes et que sous l'influence des lampes bactéricides, l'air de la pièce où elles ont brûlé devient radioactif.
Dans cet article, je vais vous dire comment tout est vraiment.
Quand le rayonnement donne naissance au rayonnement
En 1934, Frédéric et Irène Joliot-Curie, étudiant l'interaction des particules alpha avec des atomes de divers éléments, ont constaté que certains d'entre eux - aluminium, bore, magnésium - émettaient un rayonnement enregistré par le compteur Geiger lors d'un bombardement de particules alpha, qui ne s'arrête pas immédiatement après la suppression de la source de rayons alpha, et diminue rapidement de façon exponentielle. Une expérience dans la chambre Wilson a montré que ce rayonnement est un flux de positrons, découvert un peu plus tôt dans les rayons cosmiques. Les épouses de Joliot-Curie n'auraient pas été Curie si elles n'avaient pas deviné qu'elles avaient de nouveau rencontré un phénomène que les alchimistes tentaient de découvrir depuis des siècles, mais n'avaient pas encore découvert. La particule alpha, qui est le noyau de l'hélium, est entrée en collision avec le noyau de l'aluminium, en éliminant un neutron, et un noyau d'un isotope radioactif du phosphore s'est formé. Et cette conjecture a été prouvée par une expérience chimique extrêmement subtile et habile, à l'aide de laquelle il a été possible d'isoler et de détecter une quantité insignifiante de phosphore par radioactivité, qui ne pourrait être vue dans aucun microscope si tous ses atomes étaient rassemblés. Et ce phosphore a également fondu sous nos yeux.
Des expériences ultérieures ont découvert que les neutrons, en particulier ceux ralentis par le passage dans l'eau, la paraffine ou le graphite, ont une capacité encore plus grande d'exciter les réactions nucléaires et d'activer diverses substances. Avec la découverte de réactions de fission nucléaire produisant un grand nombre de neutrons, cela est devenu d'un côté un gros problème - non seulement le combustible nucléaire, mais tous les éléments structurels des réacteurs sont devenus terriblement radioactifs. D'autre part, de cette manière, il est devenu possible d'obtenir les radionucléides nécessaires à moindre coût et en grande quantité. L'air et le sol activés par le flux neutronique d'une explosion thermonucléaire sont un facteur supplémentaire grave de dommages, de sorte que la «pureté écologique» de la bombe à hydrogène n'est rien de plus qu'un mythe.
Alors, dans quel cas l'irradiation provoque-t-elle des réactions nucléaires et conduit-elle à l'apparition d'une radioactivité artificielle?
Comme je l'ai dit, les neutrons ont une capacité spéciale pour cela. Il est facile d'en deviner la raison: le neutron pénètre facilement dans le noyau. Il n'a pas besoin de surmonter la répulsion électrostatique, comme un proton ou une particule alpha. En même temps, un neutron est le même matériau de construction du noyau que ces protons et neutrons; il est tout aussi capable d'entrer dans une forte interaction. Par conséquent, l'élément chimique numéro zéro est la «pierre très philosophique» des alchimistes. On pourrait plutôt les appeler "alphysiques" si ce mot n'avait pas été utilisé en relation avec les adeptes des champs d'éther et de torsion.
Un neutron peut provoquer une transformation nucléaire de n'importe quelle énergie, jusqu'à zéro. Mais d'autres particules doivent avoir une énergie suffisamment grande pour cela. J'ai déjà parlé des particules alpha (comme les protons): elles doivent surmonter la répulsion coulombienne. Pour les éléments légers, les besoins en énergie des particules alpha sont de quelques méga-électrons-volts, c'est-à-dire des particules alpha émises par les noyaux instables lourds. Et les plus lourds ont déjà besoin de dizaines de MeV - une telle énergie ne peut être obtenue que dans l'accélérateur. De plus, avec une augmentation de la masse du noyau, il est lui-même de moins en moins disposé à réagir avec la particule alpha: pour le fer, l'addition de nucléons au noyau se fait avec une dépense plutôt qu'avec une libération d'énergie. Si nous prenons également en compte la capacité de pénétration extrêmement faible des particules alpha dans la cible, il devient clair que même avec un flux très puissant de particules alpha, l'intensité de la radioactivité artificielle est faible.
Mais qu'en est-il des autres particules? Des électrons, des photons? Ils n'ont pas besoin de surmonter la répulsion, mais ils hésitent à interagir avec le noyau. Un électron ne peut entrer que dans des interactions électromagnétiques et faibles, et dans la plupart des cas (à l'exception des noyaux instables à la capture d'électrons), une telle réaction n'est possible que si l'électron transfère une énergie significative au noyau suffisante pour détacher le nucléon du noyau. Il en va de même pour le photon - seul un photon d'une énergie suffisamment élevée peut exciter une
réaction photonucléaire , mais un électron beaucoup plus rapide qu'un photon perd de l'énergie dans une substance, c'est pourquoi il est moins efficace.
Le spectre des photons émis pendant la désintégration radioactive se termine à 2,62 MeV - c'est l'énergie des quanta de thallium-208, le dernier membre de la série radioactive de thorium-232. Et il y a très peu de noyaux dont les seuils de réactions photonucléaires sont inférieurs à cette valeur. Plus précisément, il existe deux de ces noyaux: le deutérium et le béryllium-9
La première réaction se déroule sous l'influence d'un rayonnement gamma supérieur à 2,23 MeV, dont la source est le thallium-208 (une série de thorium), la seconde est suffisante de 1,76 MeV - rayonnement de bismuth-214 (une série d'uranium-radium).
Ces réactions produisent des neutrons qui, à leur tour, interagissant avec d'autres noyaux, donnent naissance à des isotopes radioactifs. Mais les sections efficaces de ces réactions elles-mêmes sont petites et, par conséquent, une radioactivité induite notable n'est possible qu'à des intensités de rayonnement très élevées. Pour la mise en œuvre d'autres réactions photonucléaires, des rayons gamma dont l'énergie est mesurée en dizaines et centaines de MeV sont déjà nécessaires. À de telles énergies, non seulement les photons, mais en général toutes les particules - électrons et positrons, muons, protons, etc., entrant en collision avec les noyaux, provoquent des réactions nucléaires avec une efficacité suffisamment élevée. Les faisceaux de ces particules obtenus aux accélérateurs entraînent une forte activation de presque toutes les cibles initialement non radioactives.
Ainsi, en effet, dans certains cas, lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement radioactif sur une substance, des isotopes radioactifs se forment. Mais généralement, un risque de rayonnement grave est la radioactivité résiduelle dans deux cas:
- des cibles exposées aux neutrons;
- à partir de cibles irradiées dans des accélérateurs.
Dans tous les autres cas, y compris sous l'influence des rayons X, des rayonnements bêta et gamma (à l'exception du béryllium et du deutérium susmentionnés), les isotopes radioactifs de la radioactivité induite ne se produisent pas. Le rayonnement alpha produit une radioactivité induite faible et généralement de courte durée lorsqu'il est exposé à des éléments légers.
Ni l'irradiation aux rayons X ni les effets d'autres rayonnements - ultraviolets, micro-ondes, etc., ne provoquent l'apparition d'une radioactivité artificielle. Les aliments et les médicaments stérilisés par rayonnement ne deviennent pas radioactifs, les graines irradiées pour augmenter la germination et les nouvelles variétés, les pierres irradiées pour leur donner une couleur (si ce n'est pas un rayonnement dans les canaux neutroniques d'un réacteur nucléaire). Les détails des radiographies, les vêtements de protection du radiologue et lui-même ne sont pas radioactifs!
Pour illustrer cela, j'ai passé un peu d'expérience. En louant une source alpha d'américium-241 avec une activité de 1 MBq dans un laboratoire proche (c'est environ 100 fois l'activité de la source contenue dans le détecteur de fumée HIS-07, qui est facile à acheter même sur Aliexpress -
ATTENTION! Circulation illégale de substances radioactives - Article 220 Code pénal de la Fédération de Russie! ), J'ai mis une plaque en aluminium en dessous. En conséquence, comme dans l'expérience Joliot-Curie (qui a utilisé une source beaucoup plus puissante), j'ai dû obtenir une décomposition du phosphore-30 en silicium-30 et un positron avec une demi-vie de 2,5 minutes (et aussi un neutron, qui a également Quelque chose peut s'activer). Cependant, après une demi-heure d'exposition (pour établir un équilibre entre la production et la décroissance du phosphore-30), je n'ai pu détecter aucune radioactivité notable de la plaque d'aluminium. Pour cela, j'ai essayé d'utiliser un compteur Geiger avec une fenêtre en mica (les positrons sont détectés par lui de la même manière que les électrons), ainsi qu'un détecteur à scintillation (qui les enregistre efficacement dans la ligne 511 keV correspondant au processus d'annihilation). La raison de l'échec de l'expérience était que les réactions nucléaires sous l'influence de particules alpha sont rares et même en dépit du fait que dans mon expérience, l'aluminium a été exposé à au moins un demi-milliard de particules alpha, pendant cette période, seuls quelques milliers d'atomes radioactifs se sont formés, dont la plupart pendant l'exposition vient de se séparer. J'aurais peut-être pu détecter des positrons dans la chambre de Wilson en raison du fond naturel presque nul des positrons, mais je ne l'ai pas encore terminé (quand je le ferai, ce sera un bon sujet pour l'article).
Boue radioactive invisible
Dans la plupart des cas, à l'exception de ce qui précède, la pollution induite par les isotopes radioactifs à la surface des choses et des objets est considérée comme une radioactivité induite. Le fait est qu'avec une demi-vie de mois, d'années et de dizaines d'années, la quantité de substance qui émet des niveaux de rayonnement effrayants est vraiment insignifiante. Rappelez-vous le milligramme de radium, qui donne 8,4 R / h à une distance d'un centimètre? Il a une demi-vie de 1 600 ans. Et si la demi-vie est de 1,6 ans et que l'énergie des rayons gamma est la même que celle du radium? Ensuite, ce milligramme «brillera» à la même distance déjà 8400 R / h.
Lorsqu'il s'agit d'isotopes radioactifs, dans la plupart des cas pratiques, leur nombre est négligeable. Ce sont les soi-disant
quantités indicatives , qui sont jugées par leur radioactivité. Et dans de tels cas, le phénomène d'
adsorption - précipitation et «collage» d'une substance à l'interface - atteint sa pleine hauteur.
Les radiochimistes doivent lutter contre l'adsorption tout le temps. À cause de cela, vous pouvez complètement perdre l'isotope radioactif pendant les opérations avec lui simplement parce que tout cela est de l'âne sur les parois du tube à essai ou du verre. Il est nécessaire de sélectionner la composition de la solution «de fond», mais une partie de l'isotope est toujours perdue, et hélas, souvent inconnue. Il faut faire une expérience parallèle dans absolument les mêmes conditions (jusqu'à des tubes à essai dans une boîte) ou ajouter une
marque de sortie à la solution - un autre isotope radioactif du
même élément chimique . Et vous pouvez vous asseoir dans les galoches d'une autre manière: l'isotope, dont la solution était auparavant contenue dans un verre, s'est déposé sur le mur et, malgré un lavage et un rinçage à l'acide d'abord, puis à l'eau distillée, est tombé dans l'échantillon suivant. En même temps, le verre semblait absolument, impeccablement propre.
N'importe quelle chose peut sembler d'une propreté impeccable, mais néanmoins, rayonnant de la saleté à sa surface (ainsi qu'à l'intérieur des pores, des crevasses, etc.) qui communiquent avec elle. Et pas seulement une chose: dans le domaine des dommages causés par les radiations, la peau et les cheveux des personnes touchées, les poils d'animaux peuvent devenir radioactifs. Et dans tous les cas, cette activité n'est pas facilement supprimée. Dans la plupart des cas, la décontamination d'objets fortement contaminés par des radionucléides est difficile, et dans de nombreux cas, elle échoue.
Contrairement à la radioactivité induite, qui est généralement fermement fixée sur son support, la contamination par des radionucléides se trouve à sa surface et passe donc facilement à d'autres objets, aux mains des gens, puis pénètre dans leur corps, l'exposant aux radiations internes.
Décontamination - méthodes et outils
La façon la plus simple de décontaminer est de se laver avec du savon et d'autres surfactants. C'est une méthode qui convient à presque tout - vous pouvez laver l'asphalte, les murs d'une maison, une personne vivante et une peinture rare ou un violon avec du savon. Dans ce dernier cas, cela se fait avec soin, en essuyant la surface avec un tampon en tissu pressé trempé dans de l'eau savonneuse et en le frottant immédiatement avec le même tampon d'eau propre, puis en retirant l'eau restante avec du papier filtre. Ainsi, le rayonnement du violon couché les jours les plus chauds de la catastrophe de Tchernobyl près de la fenêtre ouverte de la maison de Kiev et "brillant" d'environ 1 mR / h "conditionnellement" de près, a pu être réduit à un niveau tout à fait acceptable, et ainsi sauver l'instrument. Il existe des agents de décontamination spécialisés qui contiennent, en plus des tensioactifs, des agents complexants (tels que l'EDTA), des résines échangeuses d'ions, des zéolithes et d'autres sorbants. Les agents complexants facilitent le transfert des radionucléides cationiques en solution, tandis que les composants échangeurs d'ions et les sorbants, au contraire, les éliminent de la solution, les convertissant en une forme liée, mais pas sur la surface désactivée. Ainsi, il est bien connu (et activement utilisé dans notre laboratoire) les moyens de décontamination Novosibirsk pour la "Protection", qui fonctionne sur ce principe.
Mais un tel outil n'est souvent pas suffisant: les radionucléides sont fermement liés à la surface, situés profondément dans les pores et les microfissures. Dans de tels cas, il est nécessaire d'utiliser des méthodes beaucoup plus strictes - pour traiter les surfaces avec des acides qui dissolvent la couche superficielle de métal et la croûte de rouille sur elle, et contribuent à la désorption des contaminants radioactifs. Ils utilisent également des agents oxydants puissants, qui détruisent la pollution organique à la surface, qui adhère également aux poussières radioactives. Dans une centrale nucléaire, une méthode de décontamination bidirectionnelle est souvent utilisée pour décontaminer l'équipement, lorsque les pièces sont d'abord traitées avec une solution alcaline de permanganate de potassium, puis avec de l'acide.
Pour les surfaces métalliques, la méthode électrochimique est une méthode efficace de décontamination. L'objectif est à peu près le même: éliminer la couche superficielle de métal, les couches de corrosion, imprégnées de radionucléides. Mais la quantité de déchets radioactifs liquides est fortement réduite, car une quantité minimale d'électrolyte peut être utilisée. Il s'agit du bain électrolytique dit
semi -
sec - un tissu ou un feutre imprégné d'électrolyte est appliqué sur la surface décontaminée et une deuxième électrode est placée au-dessus). La partie ou la surface décontaminée est l'anode, et généralement une feuille de plomb est utilisée comme cathode, facilement déformable pour s'adapter étroitement à la surface désactivée.
Pour décontaminer les contaminants radioactifs difficiles à éliminer, tels que, par exemple, des hélicoptères survolant le réacteur d'urgence de Tchernobyl, un sablage a également été utilisé. Cependant, il génère une énorme quantité de poussière radioactive, endommage gravement la surface décontaminée et a généralement une faible efficacité.
Si tout à coup, Dieu nous en préserve, vous vous trouvez dans une zone de contamination radioactive et que vous devez désactiver d'urgence quelque chose, alors je recommande un détergent à vaisselle (fée, etc.) ou toute poudre à laver avec l'ajout d'acide oxalique. Vous pouvez également utiliser des nettoyants de plomberie domestiques tels que Cif, qui contiennent déjà de l'acide.
En raison du rayonnement induit, la désactivation n'aide généralement pas. Après tout, sa source est située profondément dans l'objet rayonnant - les neutrons ont un pouvoir de pénétration très élevé. Mais loin d'être toujours impossible, la décontamination signifie que la source de rayonnement lui est associée.
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Le rayonnement induit est un phénomène réel, mais il est tellement envahi de mythes qu'il est devenu lui-même une sorte de mythe. En réalité, la formation de radioactivité induite doit être prise en compte dans un certain nombre de cas, mais dans la manipulation normale de substances radioactives et d'autres sources de rayonnements ionisants, il n'est pas nécessaire d'avoir peur des rayonnements induits. Mais la contamination par des radionucléides est non seulement plus réelle, mais aussi plus dangereuse.
Sur KDPV - ZGRLS "Duga". Photo de
Mike Deere .