Radiasi: sumber

Dalam posting sebelumnya saya berbicara tentang unit radiasi pengion. Sekarang mari kita bicara tentang sumber radiasi.

Saya tidak akan menulis di sini tentang "bahwa Anda tidak perlu menyentuhnya" - begitu banyak yang telah ditulis tentang itu, tetapi saya bukan Oleg Aizon dan saya tidak memiliki foto unik artefak radioaktif yang belum pernah terjadi sebelumnya. Saya akan memberi tahu secara umum - dari mana radiasi berasal.

Peluruhan radioaktif sebagai sebuah fenomena

Apa peluruhan radioaktif? Seseorang, mengingat pengetahuan sekolah, akan menjawab - ini adalah fenomena transformasi beberapa elemen menjadi elemen lainnya. Seseorang akan memberikan definisi yang berbeda, sama tidak akuratnya, berbeda. Faktanya, peluruhan radioaktif adalah setiap perubahan spontan dalam keadaan inti atom sebagai suatu sistem nukleon, disertai dengan pelepasan energi, yang nilainya, sebagai suatu peraturan, melebihi beberapa kiloelektron-volt. Energi ini kemudian terbawa oleh partikel-partikel elementer yang dipancarkan dari inti, oleh kuanta radiasi elektromagnetik, atau ditransfer ke elektron-atom atom. Dalam hal ini, nukleus itu sendiri dapat mengubah muatannya, massa, terpecah menjadi dua atau lebih nuklei, atau dapat tetap dengan sendirinya, hanya dengan memasuki keadaan yang lebih stabil.

"Eksternal", karakteristik yang mudah ditentukan dari inti atom adalah massanya A dan muatan (atau nomor atom) Z , diukur dalam muatan dan massa proton. Ini adalah nilai integer yang memiliki arti fisik jumlah partikel yang sesuai dalam komposisi nukleus. Muatan neutron adalah nol, dan massanya hampir sama dengan proton, jadi hitung jumlah neutron: $$$N = A - Z$. Nukleus dengan muatan yang sama disebut isotop , dengan massa yang sama - isobar , jika sama, maka, dan yang lainnya, kita berurusan dengan isomer . Z dan A dilambangkan ke sebelah kiri simbol elemen di indeks bawah dan atas, masing-masing.

Dari apa yang telah dikatakan, jelas bahwa agar Z berubah, nukleus harus meninggalkan partikel bermuatan, dan agar A berubah, sesuatu yang lebih berat daripada elektron harus terbang menjauh dari nukleus. Jadi, opsi berikut mungkin:

- sebuah elektron dan antineutrino atau positron dan neutrino (peluruhan beta) terbang - Z berubah satu per satu (peningkatan dalam kasus elektron dan berkurang dalam kasus peluruhan positron), A - tidak berubah;

$$

$${{} ^ {40} _ {19} K} \ rightarrow \ mathrm {{} ^ {40} _ {20} Ca} + e ^ - + \ bar {\ nu} _e$$

- nukleus, sebaliknya, dapat menyerap elektron dari tingkat-K atom (penangkapan-K) - Z meningkat satu (seperti pada peluruhan beta-plus), A tidak berubah, neutrino dipancarkan.

$$

$${{} ^ {40} _ {19} K} + e ^ - \ rightarrow \ mathrm {{} ^ {40} _ {18} Ar} + {\ nu} _e$$

- inti helium-4 terbang keluar, yang disebut partikel alfa (peluruhan alfa) - Z berkurang sebesar 2, A berkurang sebesar 4;

$$

$$^ {238} _ {92} {\ rm {U}} \ rightarrow ^ {234} _ {90} {\ rm {Th}} + \ alpha \ (^ 4_2 {\ rm {He})}$$

Peluruhan beta (dan penangkapan elektron) adalah konversi salah satu neutron menjadi proton atau sebaliknya, dan merupakan manifestasi dari interaksi lemah yang "mengisi ulang" salah satu dari quark nukleon. Bersama dengan elektron, antineutrino selalu terbentuk, yang menghilangkan sebagian energi, sementara energi di antara mereka didistribusikan kembali secara acak. Karena itu, spektrum energi dari radiasi beta terus menerus.

Dan peluruhan alfa terjadi hanya karena setiap nukleus yang lebih berat daripada besi secara energetik lebih menguntungkan untuk "menurunkan berat badan". Tetapi sementara perolehan ini tidak lebih dari beberapa MeV, penghalang energi untuk menghilangkan partikel alfa atau fragmen lain dari nukleus terlalu tinggi. Dan ketika energi yang didapat cukup besar (tetapi masih kurang dari energi yang mengikat), menjadi mungkin untuk mengalirkan partikel alfa di luar nukleus. Selain partikel alfa, neutron atau proton dapat terbang keluar dari nukleus dalam kasus yang sangat jarang terjadi, atau nukleus lebih berat daripada partikel alfa. Dan akhirnya, nukleus dapat jatuh ke beberapa nuklei, sambil memancarkan beberapa neutron. Ini adalah fisi spontan yang hanya mampu dimiliki oleh inti berat, dimulai dengan thorium dan uranium.
Setelah pembusukan, kelebihan energi mungkin tetap berada di dalam nukleus dan nukleus "yang dihangatkan" ini entah bagaimana harus menyingkirkannya. Untuk melakukan ini, ia memancarkan satu atau lebih sinar gamma. Kadang-kadang fenomena konversi internal juga terjadi: energi tidak terpancar dalam bentuk foton, tetapi ditransmisikan ke elektron yang terbang keluar dari atom. Tidak seperti sinar beta, elektron konversi memiliki spektrum monoenergetik (linier).

Dalam beberapa kasus, inti dengan energi berlebih dapat ada untuk waktu yang lama, kadang-kadang bahkan ratusan tahun. Itu tidak berbeda dari nukleus "biasa" yang sama - baik dengan muatan maupun massa, yaitu, unsur kimia yang sama dan isotop yang sama. Tetapi isomernya berbeda. Paling sering, masa hidup isomer yang tidak mudah terbakar tidak melebihi jam, dan hanya beberapa dari mereka yang memiliki tahun. Hanya ada satu inti yang hanya keadaan isomernya yang stabil: itu adalah tantalum-180. Dalam keadaan dasar, itu beta-aktif dan berumur pendek (paruh 8 jam), dan isomer tantalum 180mnya, tampaknya, harus masuk ke keadaan dasar dengan emisi energi sinar gamma 75 keV, atau mengalami peluruhan beta, tetapi tidak juga , tidak ada yang pernah mengamati: isomer ini, berbeda dengan keadaan dasar berumur pendek, stabil .

Peluruhan isomer nuklir adalah satu-satunya contoh peluruhan radioaktif, disertai secara eksklusif oleh radiasi gamma . Dalam semua kasus lain, radiasi gamma selalu ada secara eksklusif dengan radiasi alpha atau beta.
Tentang isotop dan isomer, kami katakan. Satu lagi "iso" tetap ada - ini isobars. Nuklir dengan muatan nuklir yang berbeda dan massa yang sama. Isobar yang stabil biasanya memiliki muatan yang berbeda dua unit, dan di antara mereka hampir selalu ada isotop radioaktif. Keberadaan dua isobar stabil di sel-sel tetangga dari tabel periodik tidak mungkin - aturan ini disebut aturan Schukarev-Mattauch. Hanya dua pengecualian yang diketahui darinya: antimon dan telurium-123 dan hafnium-180 dan tantalum-180m tersebut.

Sinar kosmik dan sumber radiasi non-radioaktif lainnya

Selain zat radioaktif, beberapa proses dan fenomena lainnya, baik yang alami maupun yang dihasilkan oleh pikiran manusia, juga menyebabkan munculnya radiasi dengan sifat-sifat serupa.

Anda mungkin tahu tentang radiasi kosmik. Sinar kosmik mengisi seluruh Semesta, mereka adalah proton dan inti lebih berat, elektron dan sinar gamma dengan energi yang sangat tinggi. Energi maksimum yang direkam oleh partikel kosmik mencapai zept elektron volt ! Itu $$$10 ^ {21}$eV. Apa sumber partikel berenergi tinggi seperti itu tidak mungkin dikatakan dengan tegas, tetapi partikel dan sinar gamma dengan energi moderat - dari volt kilo-giga-elektron - dihasilkan oleh bintang-bintang, termasuk Matahari kita.

Inilah yang disebut radiasi kosmik primer. Anda hanya dapat menjumpainya jika Anda pergi ke orbit Bumi yang rendah, atau setidaknya naik beberapa puluh kilometer. Meskipun berenergi tinggi, partikel-partikel ini tidak mencapai permukaan. Masing-masing partikel ini, yang telah terbang ke atmosfer, menyebabkan seluruh reaksi nuklir, menyebabkan pembentukan banyak partikel - terutama muon - yang sudah mencapai Bumi. Omong-omong, mereka terbang semata-mata karena pelebaran waktu relativistik: waktu keberadaan muon - dua mikrodetik - tanpa itu akan memungkinkan untuk menerbangkan muon hanya setengah kilometer dengan yang kecil. Dan fakta menarik lainnya terkait dengan muon kosmik: mereka bermuatan negatif, tetapi sinar kosmik primer bermuatan positif, karena mereka terutama terdiri dari proton. Itulah sebabnya Bumi memiliki muatan negatif, dan ionosfer positif. Di dekat permukaan Bumi, rata-rata, satu muon terbang melalui setiap sentimeter persegi per menit. Sekitar sepertiga dari latar belakang alami - sekitar 3,5 μR / jam - disebabkan oleh mereka. Dan pada ketinggian di mana pesawat penumpang terbang, sinar kosmik menciptakan tingkat dosis beberapa mikrosievert per jam, yang sudah menimbulkan bahaya tertentu bagi kesehatan pilot.


Selain muon, ada juga elektron dan neutron dalam sinar kosmik sekunder. Yang terakhir memainkan peran penting dalam pembentukan radionuklida kosmogenik.

Sinar kosmik sekunder memiliki daya tembus yang sangat tinggi. Untuk melindungi diri dari mereka, Anda harus pergi ke gudang bawah tanah dan ranjau. Tentu saja, mereka harus membela diri bukan karena mereka berbahaya bagi kesehatan - tetapi karena mereka mengganggu mendeteksi peristiwa langka dan lemah dalam percobaan fisika nuklir, mengukur aktivitas radionuklida kecil, dll. Tetapi ada beberapa manfaat dari mereka: dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk "bersinar melalui" struktur geologi, struktur besar (seperti piramida Mesir).

Omong-omong, atmosfer Bumi setara dengan sekitar satu meter timah untuk sinar kosmik. Tidak hanya satu atmosfer yang melindungi Bumi dan kita semua dari sinar kosmik - selain itu ada medan magnet yang membelokkan partikel bermuatan. Tetapi seseorang tidak boleh meremehkan sifat pelindung atmosfer. Selama inversi geomagnetik, perisai magnet Bumi praktis dapat menghilang untuk waktu tertentu, tetapi bertentangan dengan kisah-kisah horor para alarmis, ini tidak akan mengarah pada lenyapnya kehidupan di Bumi, dan tingkat radiasi di permukaan akan meningkat hanya 2-3 kali.

Khususnya partikel berenergi tinggi yang datang dari luar angkasa menyebabkan terbentuknya penumpukan partikel, yang meliputi area yang luas, menyebabkan pendaftaran simultan dari banyak partikel pada detektor yang berjarak jarak yang cukup jauh. Inilah yang disebut shower udara lebar. Registrasi mereka dengan bantuan berbagai detektor jarak memungkinkan untuk menentukan energi partikel utama, dan dengan cara inilah energi partikel energi tertinggi dari sinar kosmik ditentukan. Selain itu, partikel seperti itu menyebabkan kilatan kuat radiasi Cherenkov di atmosfer.

Sumber ledakan radiasi gamma dan elektron berenergi tinggi dari bumi adalah kilat dan pelepasan atmosfer lainnya.

Dan pekerjaan tangan manusia adalah banyak perangkat yang menghasilkan aliran partikel berenergi tinggi dan kuanta, belum tentu dengan sengaja. Khusus untuk ini, ada tabung sinar-X dan berbagai jenis akselerator - dari yang kecil yang hampir pas di telapak tangan Anda, hingga monster LHC, yang menempati wilayah beberapa negara. Dan sumber-sumbernya, seperti yang mereka katakan dalam bahasa kering dari makalah resmi, dari radiasi sinar-X yang tidak digunakan adalah perangkat electrovacuum apa pun. Tetapi biasanya bisa keluar ketika tegangan di anoda adalah puluhan kilovolt. Jadi, kenotron tegangan tinggi, lampu modulator berdenyut dan lampu gelombang bepergian gelombang mikro, klystron, dll., Menjadi sumber sinar-X. di stasiun radar. Dan juga - di tangan berbagai pecinta eksperimen di rumah.

Anda sering dapat mendengar tentang fakta bahwa sumber radiasi sinar-x adalah tabung gambar dari TV atau monitor. Mungkin, tetapi biasanya tidak. Faktanya adalah bahwa kaca pada tabung gambar cukup tebal, dan radiasi sinar-x pada tegangan anoda 15-25 kV terlalu lunak untuk melewati kaca tersebut. Berikut adalah kinescopes TV proyeksi, yang beroperasi pada tegangan hingga 50 kV dan memiliki dimensi kecil dan dinding tipis bohlam, "sinar-X" bahkan seperti itu. Dan di antara televisi, ULPTC dengan sirkuit mereka untuk menstabilkan tegangan anoda "membedakan diri". Di sirkuit ini, lampu GP-5 digunakan, beroperasi pada tegangan anoda sama dengan tegangan pada anoda kedua (mis. 25 kV), arus anoda yang terlihat melewatinya, dan dinding lampu ini tipis. Hasilnya, ia bersinar terang dalam kisaran sinar-X. Dengan meletakkan selembar kertas foto yang dibungkus kertas hitam di televisi, Anda bisa mendapatkan bidikan jelas bagian dalamnya - terutama jika Anda melepas tutup pelindung dari lampu.

Tetapi kami akan kembali ke radioaktivitas.

Uranus dan thorium dan putri-putri mereka

Uranium dan thorium menjadi unsur radioaktif pertama yang diketahui manusia. Itu pada bijih uranium bahwa Henri Becquerel menemukan radiasi penetrasi baru, mirip dengan X-ray, dari dia bahwa Maria Skłodowska Curie menghasilkan butiran pertama radium dan polonium.

Unsur-unsur ini adalah semacam "pulau stabilitas" di tengah lautan unsur yang hidupnya terlalu singkat dibandingkan dengan masa hidup Bumi. Mereka tetap dari waktu ketika mereka terbentuk di perut supernova, selama ledakan yang gas dan debu terbentuk, dari mana tata surya kita kemudian terbentuk. Dan mereka berada di tengah-tengah elemen yang waktu paruh diukur dalam menit, jam, tahun, ribuan tahun ... Jadi, mengubah sel dalam tabel periodik menjadi yang di sebelah kanan (dalam peluruhan beta) atau yang di sebelah kiri, elemen ini menjadi lebih tidak stabil dan elemen radioaktif yang meluruh lagi - Dan, sampai rantai pembusukan akhirnya mengarah ke elemen stabil - timah atau bismut.





Dalam hal ini, dalam diskusi di berbagai forum artefak radioaktif seperti lensa Jepang atau kaca uranium, serta sejarah uranium yang terkuras dalam senjata dan pesawat terbang, orang sering dapat mendengar kekeliruan: mereka mengatakan bahwa uranium dan thorium adalah penghasil alfa dan dalam hubungan ini radioaktivitasnya dapat berupa diabaikan jika mereka tidak memasuki tubuh. Ya, uranium-238 dan thorium-232 mengalami peluruhan alfa, tidak disertai dengan radiasi gamma. Namun, anggota berikutnya dari seri uranium-238, yang peluruhannya dengan cepat mengikuti satu demi satu hingga uranium-234 yang berumur panjang, adalah beta-aktif, dan protactinium-234m memberikan radiasi gamma yang intens.

Selain itu, dalam uranium alami, selain isotop 238, selalu ada isotop 235 dan 234. Aktivitas spesifik uranium alami pertama adalah 21 kali lebih rendah daripada $$${} ^ {238} U$Namun, ia memiliki radiasi gamma yang kuat, seperti uranium-234, yang aktivitasnya hampir selalu sama dengan aktivitas uranium-238, karena berada dalam kesetimbangan sekuler dengannya. Oleh karena itu, sepotong uranium-238 cukup layak "bersinar" dan menerangi film di mana ia berada selama sekitar satu jam. Kisah dengan thorium hampir sama, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa thorium-232 yang baru saja diisolasi sebenarnya adalah penghasil alfa yang hampir murni, dan, misalnya, gelas thorium lensa Jepang pada saat pembuatannya bukan merupakan bahaya radiasi tertentu. Tetapi ketika keseimbangan dipulihkan di dalamnya, dalam waktu 10-15 tahun intensitas radiasi beta dan gamma thorium meningkat secara signifikan, karena akumulasi di dalamnya radium-228 dan anggota seri berikutnya - hingga “salut” akhir dari talium-208, yang memberikan sangat radiasi gamma keras dengan energi 2,6 MeV. Garis ini biasanya merupakan yang terakhir dalam spektrum gamma, di luarnya tidak ada yang lain kecuali radiasi kosmik.

"Anak perempuan" paling terkenal dari uranium-238 adalah, tentu saja, radium-226, yang sama yang ditemukan oleh pasangan Curie dan dengan ekstraksi yang dibandingkan Mayakovsky dengan karyanya:

Harass satu kata untuk
Ribuan ton bijih verbal ...

Tetapi hampir tidak ada radium dalam uranium segar. Di hadapannya 245 ribu tahun lagi untuk menunggu pembusukan uranium-234 dan kemudian 75 ribu tahun - thorium-230 dengan nama cantik "ion". Tetapi dalam bijih uranium, radium berada dalam keseimbangan dengan uranium dan aktivitasnya sama dengan itu, uranium, aktivitas. Oleh karena itu, bijih uranium jauh lebih radioaktif daripada uranium itu sendiri.

Itulah sebabnya uranium segar bukanlah sumber radon-222 (minus satu mitos tentang kaca uranium).

Thorium juga memiliki radium sendiri di barisnya - dua ratus dua puluh delapan. Karena keseimbangan dalam deret thorium cepat terbentuk, radium-228, dan bersamanya radon-220, tidak lama lagi akan datang.

Beberapa kata tentang radon

Radon adalah gas inert. Dalam hal ini, tampaknya ia tidak boleh memiliki tingkat radiotoksisitas yang tinggi, karena secara praktis tidak diserap dan tidak menumpuk. Mereka berpikir begitu lama, dan bahkan ketika mereka tahu banyak tentang bahaya radiasi, mandi radon adalah metode pengobatan yang paling populer.

Tetapi kenyataannya adalah radon itu (yaitu uranium 222, dari thorium 220), yang berdiri di tengah-tengah deretan radioaktif, dengan cepat berubah menjadi salah satu isotop radioaktif timah (214 untuk radon dan 212 untuk thoron), yang mengendap di paru-paru dan tetap di sana selamanya. Sebaliknya, sampai meluruh. Dan sudah dia (dan anggota berikutnya dari seri - dalam seri uranium, misalnya, polonium-210) secara efektif dan efisien menyinari paru-paru. Radon dan produk pembusukannya yang memberikan kontribusi utama terhadap dosis radiasi tahunan.

Omong-omong, produk peluruhan radioaktif radon ini terus jatuh di kepala kita. Dan jika Anda mengukur radiasi latar di jalan dalam hujan lebat, ternyata itu telah tumbuh - kadang-kadang bahkan 2-3 kali. Ini bukan "hujan Chernobyl" dan konsekuensi dari Fukushima, ini hanyalah produk peluruhan radon dari atmosfer sepanjang satu kilometer yang terkumpul di permukaan bumi.
Kemudian lead dan bismuth-214 ini akan berubah menjadi lead-210 yang berumur panjang (22 tahun), yang dapat digunakan untuk menentukan berapa banyak waktu yang telah berlalu sejak saat ketika lapisan sedimen di dasar laut atau reservoir lain terhalang oleh lapisan baru.

Dan mereka juga mudah diserap oleh lumut, misalnya, lumut rusa, yang kemudian dimakan rusa. Konsentrasi produk anak dari peluruhan radon di lumut jauh lebih tinggi daripada kandungan awal mereka dalam air hujan dan tanah. Kandungan timah-210 dalam lumut rusa mencapai 500 Bq / kg, yang mengarah ke kandungan nuklida yang tinggi ini (dan karenanya polonium-210) dalam daging rusa kutub - dan di tulang-tulang perwakilan dari rakyat di ujung utara, di mana daging ini (juga ikan, dalam yang juga tinggi dalam timah-210) diberi makan. Hasilnya adalah dosis tahunan 35 kali lebih tinggi daripada penduduk, misalnya, Moskow.

Tentang kalium, pisang, dan jeruk lainnya

Selain uranium dan thorium dengan "anak perempuan", sumber radioaktivitas alami adalah sejumlah elemen yang memiliki, selain isotop alami radioaktif yang stabil. Di antara mereka ada isotop yang terbentuk pada masa pemerintahan Peas sebelum kelahiran tata surya.Waktu paruh mereka, seperti uranium dan thorium, melebihi umur tata surya, dan bahkan alam semesta. Yang lain memiliki waktu paruh yang relatif singkat yang tidak memungkinkan mereka untuk bertahan hidup dari zaman kuno. Mereka tidak mungkin terbentuk selama peluruhan isotop radioaktif lainnya, yang berarti bahwa di suatu tempat pasti ada sumber lain dari penampilan mereka. Ini adalah sinar kosmik.

Proton berkecepatan tinggi, menabrak inti atom, keduanya menyebabkan reaksi nuklir, dan menyebabkan kelahiran neutron dan sinar gamma berenergi tinggi, yang menyebabkan reaksi nuklir baru. Akibatnya, masing-masing proton kosmik yang terbang ke atmosfer mengarah pada pembentukan tidak hanya sekelompok muon dan elektron, tetapi juga pembentukan banyak radionuklida nuklei - kosmogenik yang tidak stabil. Karena fakta bahwa mereka terbentuk secara konstan, mereka selalu hadir di atmosfer, meskipun masa hidupnya relatif singkat (dari detik hingga ribuan tahun). Mungkin radionuklida kosmogenik yang paling penting adalah karbon-14, terbentuk di bawah aksi sinar kosmik dari nitrogen. Contoh lain adalah berilium-7, yang, bersama dengan produk peluruhan radon, mudah dideteksi dalam air hujan oleh radiasi gamma yang khas, tritium.

Beberapa radionuklida kosmogenik tidak terbentuk di atmosfer bumi di bawah pengaruh sinar kosmik, tetapi mereka tiba dengan sinar kosmik ini. Ini adalah klorin-36 dan berilium-10.
Radionuklida kosmogenik adalah pelacak penting untuk mempelajari berbagai proses alami transfer zat, "jam" radioaktif untuk berkencan (semua orang tahu tentang metode radiokarbon), tetapi peran mereka dalam menciptakan latar belakang radiasi alami kecil - tidak ada yang dapat bersaing dengan kalium dalam hal ini - 40. Aktivitas mereka (terutama karbon-14) dalam tubuh manusia hanya sedikit kurang dari aktivitas kalium-40, namun, energi peluruhan yang terakhir adalah satu setengah MeVa, dan bahwa karbon-14 adalah 156 keV. Dengan demikian, dosis darinya adalah urutan besarnya lebih rendah - hanya sekitar 15 μSv / tahun.

Keunikan potasium adalah bahwa ia adalah unsur vital terpenting bagi hampir semua bentuk kehidupan. Dan pada saat yang sama, kalium tidak dapat dipisahkan dari kalium radioaktif-40, yang menyebabkan radioaktivitasnya yang sangat mencolok. Aktivitas gram kalium alami adalah 31 Bq / g, dan aktivitas kalium dalam tubuh manusia sekitar 60 Bq / kg. Kegiatan ini menciptakan dosis tahunan 170 μSv / tahun - di suatu tempat kurang dari sepersepuluh dari total dosis radiasi.

Pisang, seperti yang Anda tahu, kaya akan kalium, dan karenanya isotop radioaktifnya. Faktanya, kalium banyak hal yang kaya - aprikot kering, kurma, kacang-kacangan, dan pisang secara umum bukan pemimpin di antara mereka, tetapi masih ada banyak kalium di dalamnya. Rata-rata pisang mengandung sekitar setengah gram potasium, yang setara dengan 15-16 becquerel potasium. Kegiatan ini, serta kontribusi terhadap dosis radiasi yang disebabkan oleh konsumsi satu pisang (diperkirakan 0,1 μSv) selama kecelakaan di Three Mile Island, bercanda dijuluki "setara pisang."

Faktanya, "padanan pisang" dalam istilah dosis hampir nol. Faktanya adalah bahwa konsentrasi kalium dalam tubuh adalah hal yang cukup konstan. Tubuh merasakan penyimpangan serius dalam konsentrasi kalium dalam jaringan dengan sangat menyakitkan dan dengan hati-hati mempertahankan konsentrasi ini dalam batas yang sempit. Jika banyak kalium memasuki tubuh, banyak kalium diekskresikan oleh ginjal. Tidak cukup kalium - ginjal akan menghemat kalium dengan sekuat tenaga. Tetapi isinya di dalam tubuh akan tetap tidak berubah. Jadi pisang yang dimakan tidak akan mengubah jumlah kalium dalam tubuh, yang berarti tidak akan membuat dosis radiasi tambahan.

Masih ada rubidium-87. Ini juga berperilaku dalam tubuh seperti kalium, tetapi karena kelangkaannya, kontribusinya terhadap dosis kecil - sesuatu di wilayah 6 μSv / tahun.

Hasil karya manusia

Dari saat radioaktivitas ditemukan hingga 1934, para ilmuwan hanya berurusan dengan unsur-unsur radioaktif yang ada di alam. Pada tahun 1934, Frederic dan Irene Joliot-Curie, yang mempelajari pembentukan neutron bebas di bawah pengaruh fluks partikel alfa, menemukan bahwa setelah penghentian iradiasi, target aluminium terus memancarkan beberapa partikel (yang kemudian berubah menjadi positron), fluks yang cepat membusuk. Jadi sintesis buatan pertama isotop radioaktif dilakukan:

$$

$${}^{27}_{13}Al + \alpha\rightarrow n+{}^{30}_{15}P$$

Pembentukan fosfor radioaktif terbukti secara kimia: ketika aluminium yang menjadi radioaktif dilarutkan dalam asam klorida, semua aktivitas masuk ke gas terbebaskan dalam bentuk hidrogen fosfor. Kemudian pasangan Joliot-Curie juga menunjukkan pembentukan isotop radioaktif buatan lainnya: dengan iradiasi boron dengan partikel alfa, nitrogen radioaktif diperoleh, dan dengan iradiasi magnesium - aluminium. Mimpi para alkemis mengubah beberapa elemen menjadi elemen lain menjadi kenyataan. Lebih produktif adalah penggunaan akselerator partikel bermuatan baru-baru ini, dengan bantuan yang memungkinkan untuk mensintesis tidak hanya banyak isotop radioaktif dari unsur-unsur yang diketahui, tetapi juga unsur-unsur yang tidak ada di alam. Yang pertama adalah technetium Emilio Segre, ditemukan pada tahun 1937, yang namanya menunjukkan asal buatannya. Lalu ada Prancis, astatin,maka unsur transuranic pertama - neptunium, plutonium ...

Akhirnya, ditemukan, mungkin sumber isotop buatan baru yang paling kuat: fisi nuklir.

Seperti yang saya katakan di atas, untuk inti berat, seluruh keberadaan inti keseluruhan kurang menguntungkan secara energetik daripada kehancurannya. Namun demikian, nukleus tetap utuh, karena ada penghalang energi yang signifikan antara keadaan "seluruh nukleus" dan "fragmen individu". Kemungkinan untuk mengatasi penghalang semacam itu secara spontan bahkan untuk nukleus terberat - uranium, thorium, elemen transuranium - tidak signifikan. Jauh lebih besar jika fragmen yang bisa dilepas adalah partikel alfa, yang menentukan aktivitas alfa dari inti tersebut. Tetapi masih ada peluang sangat kecil bahwa inti akan terpecah menjadi beberapa "potongan" yang hampir identik yang akan segera terbang terpisah di bawah pengaruh tolakan elektrostatik. Tetapi kemungkinan fisi nuklir meningkat tajam jika inti "memanas", tereksitasi oleh partikel apa pun dari luar. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan neutron:dia tidak perlu mengatasi penghalang Coulomb. Inti yang bersemangat berubah bentuk dan kemudian rusak. Adalah penting bahwa fisi biasanya menghasilkan tidak hanya "fragmen", tetapi juga neutron bebas, yang juga ternyata dapat menyebabkan fisi pada inti lainnya. Proses ini adalah dasar dari semua energi nuklir di zaman kita, dan menghasilkan sejumlah besar isotop radioaktif yang paling beragam: "fragmen" nuklir dapat hampir semua, dan kita dapat mendeteksi dan mengisolasi mereka atau tidak, itu ditentukan hanya oleh waktu hidup mereka. Fluks neutron yang kuat dihasilkan selama reaksi nuklir yang intens (terutama dalam ledakan nuklir) mampu menghasilkan unsur transuranik yang sangat berat. Einsteinium dan fermium menjadi "keturunan dari ledakan nuklir." Dan plutonium yang lebih ringan, americium,Curium dan California diperoleh dalam reaktor dalam jumlah yang sepenuhnya industri.

Pemrosesan ulang bahan bakar nuklir iradiasi dan iradiasi oleh neutron dari berbagai elemen dalam reaktor telah menjadi sumber yang efisien dan murah dari hampir semua isotop radioaktif, yang memungkinkan mereka diperoleh dalam jumlah berapapun - dari sumber kontrol kecil untuk dosimeter saku kalibrasi yang menyertainya dan tidak menimbulkan bahaya serius, untuk yang ada di dalam balok tempat bakteri mati hampir seketika, dan udara bersinar seperti bola lampu.

Dan kemudian, mengeringkan gas dan memulai reaktor ...

Isotop radioaktif sebagai sumber radiasi memiliki satu sifat, yang merupakan keuntungan dan kerugian. Itu "bekerja" sendiri, tidak tergantung pada apa pun. Tidak mungkin untuk "mematikan" sumber radioaktif - hanya menyembunyikannya di balik lapisan timah tebal.

Tetapi reaksi fisi dapat (dan harus) dikendalikan. Prasyarat untuk terjadinya reaksi fisi mandiri adalah bahwa jumlah neutron yang dihasilkan selama peristiwa fisi cukup untuk mengisi kedua neutron yang dihabiskan untuk fisi itu sendiri dan yang meninggalkan zona aktif tanpa menyebabkan fisi: diserap atau ditangkap, atau hanya terbang melewatinya. Ini adalah kondisi kritis. Lebih banyak neutron terbentuk dari yang diperlukan - reaksi berakselerasi, meningkatkan intensitasnya secara eksponensial, seperti longsoran salju. Tidak cukup neutron - reaksinya sedang sekarat.

Reaktor nuklir biasanya dianggap terutama sebagai sumber neutron. Di sekitar reaktor riset semacam itu (atau beberapa), sebuah pusat ilmiah keseluruhan biasanya dibangun di mana berbagai penelitian dan eksperimen dilakukan, yang memerlukan fluks neutron yang intens. Ini adalah studi tentang struktur kristal menggunakan difraksi neutron, berbagai metode analisis kimia berdasarkan konversi elemen stabil menjadi isotop radioaktif (analisis aktivasi neutron), studi tentang efek radiasi pada materi, termasuk biomolekul dan organisme hidup pada umumnya, dan banyak lagi.

Salah satu opsi untuk reaktor semacam itu adalah reaktor nuklir berdenyut. Ini hampir seperti bom atom dalam pandangan beberapa orang yang mempopulerkan fisika nuklir: "jika kita mengambil dua potong uranium dan menyatukannya, kita akan mendapatkan corong berdiameter setengah mil". Inilah yang terjadi dalam reaktor berdenyut: massa kritis terbentuk sesaat ketika satu uranium dengan cepat terbang melewati yang lain. Semburan neutron, yang terbentuk dalam kasus ini, bisa ribuan kali lebih kuat daripada fluks neutron dari energi konvensional atau reaktor riset.

Reaktor nuklir adalah sumber yang baik untuk neutron, tetapi diam, mahal, besar dan berbahaya. Dalam kondisi laboratorium swasta atau di lapangan, baik California-252, yang menghasilkan neutron melalui fisi spontan, atau sumber berdasarkan reaksi partikel alfa dengan berilium, boron atau aluminium, digunakan untuk mendapatkan fluks neutron. Namun, sumber-sumber tersebut memiliki intensitas rendah dan pasti menghasilkan radiasi gamma bersama dengan neutron. Sumber-sumber tersebut memiliki alternatif dalam bentuk yang disebut tabung neutron.

Sebenarnya, ini juga reaktor, hanya yang termonuklir : reaksi fusi nuklir dilakukan dalam tabung neutron. Benar, lebih banyak energi yang dihabiskan untuk implementasinya daripada yang dikeluarkan, tetapi memberikan fluks neutron. Dan yang paling penting, tabung neutron yang dimatikan praktis aman (dengan pengecualian beberapa aktivasi elemen strukturnya, dan sejumlah tritium di dalam tabung) dan dalam hal ini mirip dengan tabung sinar-X. Fusi nuklir terjadi pada target dari tritium di bawah pengaruh deuterium nuclei - deuterons, dipercepat oleh pelepasan gas dalam deuterium.

Kata penutup

Radiasi pengion bukan fenomena baru. Bertentangan dengan kepercayaan populer (saya sudah menulis tentang beberapa mitos tentang topik ini di artikel sebelumnya), proporsi sumber radiasi antropogenik dalam dosis untuk sebagian besar orang sangat kecil. Namun, itu adalah sumber antropogenik yang menimbulkan bahaya terbesar dari kerusakan radiasi akut . Radiasi terestrial alami hampir tidak pernah mengancam kehidupan secara langsung - satu-satunya pengecualian adalah bekerja pada pengembangan beberapa deposit uranium terkaya. Tetapi sumber buatan telah berhasil membunuh banyak orang. Ini adalah fisikawan yang bekerja dengan uranium dan plutonium dan jatuh di bawah wabah SCR, dan korban pemboman Hiroshima dan Nagasaki, dan korban Chernobyl dan kecelakaan radiasi lain yang kurang dikenal. Ada juga kasus ketika orang terbunuh oleh sumber radiasi yang hilang atau dicuri, atau ketika orang tidak sadar menemukan diri mereka dalam zona radiasi yang kuat dan mendapatkan dosis mematikan dalam hitungan detik.

Saya akan menceritakan tentang ini - atau lebih tepatnya, tentang keamanan radiasi, di artikel selanjutnya.

Semua artikel dalam seri

Radiasi: Laboratorium radiokimia hari kerja
Radiasi: unit
Radiasi: risiko, keselamatan, perlindungan