Muitas pessoas pensam que a radiação é "contagiosa": acredita-se que, se algo foi exposto à radiação, ele próprio se torna sua fonte. Essas representações têm seu próprio grão racional, mas a capacidade da radiação de "transferir" para coisas irradiadas é muito exagerada. Muitas pessoas pensam, por exemplo, que você pode "pegar uma dose" das partes de uma máquina de raios-X desmontada, de imagens de raios-X e até de um radiologista. E quanto barulho aumenta quando eles começam a falar sobre radiação gama de produtos alimentícios para a esterilização! Assim, teremos que comer irradiados, o que significa comida radioativa. Circulam rumores absolutamente ridículos de que “microondas” permanecem em alimentos aquecidos no microondas e que, sob a influência de lâmpadas bactericidas, o ar na sala onde queimaram se torna radioativo.
Neste artigo, mostrarei como tudo realmente é.
Quando a radiação dá origem a radiação
Em 1934, Frederic e Irene Joliot-Curie, estudando a interação de partículas alfa com átomos de vários elementos, descobriram que alguns deles - alumínio, boro, magnésio - emitem alguma radiação registrada pelo contador Geiger durante o bombardeio com partículas alfa, que não para imediatamente. depois que a fonte de raios alfa é removida e diminui rapidamente exponencialmente. Um experimento na câmara de Wilson mostrou que essa radiação é um fluxo de pósitrons, um pouco antes descoberto em raios cósmicos. Os cônjuges de Joliot-Curie não teriam sido Curie se não tivessem adivinhado que haviam novamente encontrado um fenômeno que os alquimistas tentavam descobrir há séculos, mas ainda não haviam descoberto. A partícula alfa, que é o núcleo do hélio, colidiu com o núcleo do alumínio, arrancando um nêutron dele e um núcleo de um isótopo radioativo de fósforo foi formado. E essa conjectura foi comprovada por um experimento químico extremamente sutil e habilidoso, com a ajuda da qual foi possível isolar e detectar uma quantidade insignificante de fósforo por radioatividade, que não poderia ser vista em nenhum microscópio se todos os seus átomos fossem coletados "em uma pilha". E esse fósforo também derreteu diante dos nossos olhos.
Experimentos subseqüentes descobriram que os nêutrons, especialmente os que diminuem a velocidade da passagem pela água, parafina ou grafite, têm uma capacidade ainda maior de excitar reações nucleares e ativar várias substâncias. Com a descoberta de reações de fissão nuclear produzindo um grande número de nêutrons, isso se tornou, por um lado, um grande problema - não apenas combustível nuclear, mas todos os elementos estruturais dos reatores tornaram-se terrivelmente radioativos. Por outro lado, desta forma, tornou-se possível obter os radionuclídeos necessários a baixo custo e em grandes quantidades. O ar e o solo ativados pelo fluxo de nêutrons de uma explosão termonuclear são um fator adicional adicional de dano, de modo que a "pureza ecológica" da bomba de hidrogênio não passa de um mito.
Então, em que caso a irradiação causa reações nucleares e leva ao aparecimento de radioatividade artificial?
Como eu disse, os nêutrons têm uma habilidade especial para isso. É fácil adivinhar qual é o motivo: o nêutron penetra facilmente no núcleo. Ele não precisa superar a repulsão eletrostática, como um próton ou uma partícula alfa. Ao mesmo tempo, um nêutron é o mesmo material de construção do núcleo que esses prótons e nêutrons; é igualmente capaz de entrar em uma forte interação. Portanto, o elemento químico número zero é a própria "pedra filosófica" dos alquimistas. Em vez disso, eles poderiam ser chamados de "alfísica" se essa palavra não tivesse sido usada em relação aos adeptos dos campos de éter e torção.
Um nêutron pode causar uma transformação nuclear de qualquer energia, até zero. Mas outras partículas devem ter uma energia suficientemente grande para isso. Eu já falei sobre partículas alfa (como prótons): elas precisam superar a repulsão de Coulomb. Para elementos leves, o requisito de energia das partículas alfa é de alguns megaelétrons-volts - ou seja, o que as partículas alfa emitidas por núcleos instáveis pesados possuem. E os mais pesados já precisam de dezenas de MeV - essa energia pode ser obtida apenas no acelerador. Além disso, com um aumento na massa do núcleo, ele próprio está cada vez menos disposto a reagir com a partícula alfa: para o ferro, a adição de nucleons ao núcleo procede com uma despesa e não com a liberação de energia. Se também levarmos em conta a capacidade de penetração extremamente baixa das partículas alfa no alvo, fica claro que, mesmo com um fluxo muito poderoso de partículas alfa, a intensidade da radioatividade artificial é baixa.
Mas e as outras partículas? Elétrons, fótons? Eles não precisam superar a repulsa, mas relutam em interagir com o núcleo. Um elétron só pode entrar em interações eletromagnéticas e fracas e, na maioria dos casos (com exceção de núcleos instáveis para a captura de elétrons), essa reação é possível apenas se o elétron transfere uma energia significativa para o núcleo suficiente para separar o núcleo do núcleo. O mesmo se aplica ao fóton - apenas um fóton de energia suficientemente alta pode excitar uma
reação fotonuclear , mas um elétron muito mais rápido que um fóton perde energia em uma substância, e é por isso que é menos eficaz.
O espectro de fótons emitidos durante o decaimento radioativo termina em 2,62 MeV - esta é a energia dos quanta de tálio-208, o último membro da série radioativa de tório-232. E há muito poucos núcleos cujos limiares para reações fotonucleares estão abaixo desse valor. Mais precisamente, existem dois desses núcleos: deutério e berílio-9
A primeira reação ocorre sob a influência da radiação gama acima de 2,23 MeV, cuja fonte é o tálio-208 (uma série de tório), a segunda é suficiente 1,76 MeV - radiação do bismuto-214 (uma série de urânio-rádio).
Essas reações produzem nêutrons, que, por sua vez, interagindo com outros núcleos, dão origem a isótopos radioativos. Mas as seções transversais dessas reações são pequenas e, portanto, a radioatividade induzida perceptível é possível apenas em intensidades de radiação muito altas. Para a implementação de outras reações fotonucleares, os raios gama cuja energia é medida em dezenas e centenas de MeV já são necessários. Em tais energias, não apenas os fótons, mas em geral todas as partículas - elétrons e pósitrons, múons, prótons etc., colidindo com núcleos, causam reações nucleares com eficiência suficientemente alta. Feixes de tais partículas obtidas em aceleradores levam a forte ativação de quase todos os alvos inicialmente não radioativos.
Assim, de fato, em alguns casos, quando expostos à radiação radioativa de uma substância, formam-se isótopos radioativos. Mas geralmente um sério risco de radiação é a radioatividade residual em dois casos:
- de alvos expostos a nêutrons;
- de alvos irradiados em aceleradores.
Em todos os outros casos, inclusive sob a influência de raios-x, radiação beta e gama (com exceção do berílio e deutério acima mencionados), isótopos radioativos de radioatividade induzida não surgem. A radiação alfa produz radioatividade induzida fraca e geralmente de curta duração quando exposta a elementos luminosos.
Nem a irradiação de raios-X nem os efeitos de outras radiações - ultravioleta, microondas etc. causam o aparecimento de radioatividade artificial. Alimentos e medicamentos esterilizados por radiação não se tornam radioativos, sementes irradiadas para aumentar a germinação e novas variedades, pedras irradiadas para dar uma cor (se isso não for radiação nos canais de nêutrons de um reator nuclear). Os detalhes das unidades de raio-x, as roupas de proteção do radiologista e ele próprio não são radioativos!
Para ilustrar isso, passei um pouco de experiência. Alugando uma fonte alfa de americium-241 com uma atividade de 1 MBq em um laboratório próximo (isso é cerca de 100 vezes a atividade da fonte contida no detector de fumaça HIS-07, que não é difícil de comprar, mesmo no Aliexpress -
ATENÇÃO! Circulação ilegal de substâncias radioativas - artigo 220 Código Penal da Federação Russa! ), Coloquei uma placa de alumínio embaixo dela. Como resultado, como no experimento Joliot-Curie (que usava uma fonte muito mais poderosa), tive que decompor o fósforo-30 em silício-30 e um pósitron com meia-vida de 2,5 minutos (e também um nêutron, que também é o que Algo pode ser ativado). No entanto, após meia hora de exposição (para estabelecer um equilíbrio entre a produção e o decaimento do fósforo-30), não consegui detectar nenhuma radioatividade perceptível na placa de alumínio. Para isso, tentei usar um contador Geiger com uma janela de mica (os pósitrons são detectados por ele da mesma maneira que os elétrons), bem como um detector de cintilação (que efetivamente os registra na linha de 511 keV correspondente ao processo de aniquilação). A razão do fracasso do experimento foi que as reações nucleares sob a influência de partículas alfa são raras e, apesar do fato de que, no meu experimento, o alumínio foi exposto a pelo menos meio bilhão de partículas alfa, durante esse período, apenas alguns milhares de átomos radioativos foram formados, a maioria durante a exposição acabou. Talvez eu pudesse detectar pósitrons na câmara de Wilson devido ao fundo natural quase zero dos pósitrons, mas ainda não o completei (quando o fizer, esse será um bom tópico para o artigo).
Lama radioativa invisível
Na maioria dos casos, com exceção do acima exposto, a poluição induzida por isótopos radioativos na superfície de objetos e coisas é considerada radioatividade induzida. O fato é que, com meia-vida de meses, anos e dezenas de anos, a quantidade de substância que emite níveis assustadores de radiação é realmente insignificante. Lembre-se do miligrama de rádio, que dá 8,4 R / h a uma distância de um centímetro? Tem meia-vida de 1.600 anos. E se a meia-vida é de 1,6 anos, e a energia dos raios gama é a mesma que a do rádio? Então este miligrama “brilhará” à mesma distância já 8400 R / h.
Ao lidar com isótopos radioativos, na maioria dos casos práticos, seu número é insignificante. Esses são os chamados
valores dos indicadores , que são julgados por sua radioatividade. E, nesses casos, o fenômeno da
adsorção - precipitação e "aderência" de uma substância à interface - atinge toda a sua altura.
Os radioquímicos têm que combater a adsorção o tempo todo. Por causa disso, você pode perder completamente o isótopo radioativo durante as operações com ele simplesmente porque tudo é burro nas paredes do tubo de ensaio ou do vidro. É necessário selecionar a composição da solução “de fundo”, mas parte do isótopo ainda está perdida e, infelizmente, muitas vezes desconhecida. É preciso fazer um experimento paralelo sob absolutamente as mesmas condições (até tubos de ensaio de uma caixa) ou adicionar uma
marca de saída à solução - outro isótopo radioativo do
mesmo elemento químico . E você pode sentar-se nas galochas de outra maneira: o isótopo, cuja solução anteriormente estava contida em um copo, assentou-se na parede e, apesar de subsequente lavagem e enxaguamento com ácido primeiro e depois com água destilada, caiu na próxima amostra. Ao mesmo tempo, o copo parecia absolutamente, impecavelmente limpo.
Qualquer coisa pode parecer igualmente imaculadamente limpa, mas ainda assim irradiando sujeira em sua superfície (assim como poros internos, fendas etc.) que se comunicam com ela. E não é apenas uma coisa: na área de danos causados pela radiação, a pele e os cabelos das pessoas afetadas, os pelos de animais podem se tornar radioativos. E nem em todos os casos, essa atividade é facilmente removida. Na maioria dos casos, a descontaminação de objetos fortemente contaminados com radionuclídeos é difícil e, em muitos casos, torna-se malsucedida.
Ao contrário da radioatividade induzida, que geralmente é firmemente fixada em seu transportador, a contaminação com radionuclídeos está em sua superfície e, portanto, passa facilmente para outros objetos, para as mãos das pessoas e depois entra em seu corpo, expondo-o à radiação interna.
Descontaminação - métodos e ferramentas
A maneira mais fácil de descontaminar é lavar com sabão e outros surfactantes. Este é um método adequado para quase tudo - você pode lavar o asfalto, as paredes de uma casa, uma pessoa viva e uma pintura ou violino raro com sabão. Neste último caso, isso é feito com cuidado, limpando a superfície com um cotonete embebido em água com sabão e imediatamente esfregando-o com o mesmo cotonete de água limpa e removendo a água restante com papel de filtro. Assim, a radiação do violino nos dias mais quentes do desastre de Chernobyl, perto da janela aberta da casa de Kiev e "brilhando" cerca de 1 mR / h "condicionalmente" de perto, foi capaz de ser reduzida para uma completamente aceitável e, assim, salvar o instrumento. Existem agentes de descontaminação especializados que contêm, além de surfactantes, agentes complexantes (como EDTA), resinas de troca iônica, zeólitos e outros sorventes. Os agentes complexantes facilitam a transferência dos radionuclídeos formadores de cátions para a solução, enquanto os componentes de troca iônica e os sorventes os removem da solução, convertendo-os em uma forma ligada, mas não em uma superfície desativada. Portanto, é bem conhecido (e usado ativamente em nosso laboratório) o meio de Novosibirsk para descontaminação "Proteção", que trabalha com esse princípio.
Mas essa ferramenta geralmente não é suficiente: os radionuclídeos estão firmemente presos à superfície, localizados profundamente nos poros e nas microfissuras. Nesses casos, é necessário usar métodos muito mais rigorosos - para tratar superfícies com ácidos que dissolvem a camada superficial do metal e a crosta de ferrugem sobre ela e contribuem para a dessorção de contaminantes radioativos. Eles também usam fortes agentes oxidantes, que destroem a poluição orgânica na superfície, que também adere ao pó radioativo. Em uma usina nuclear, um método de descontaminação bidirecional é frequentemente usado para descontaminar o equipamento, quando as peças são tratadas pela primeira vez com uma solução alcalina de permanganato de potássio e depois com ácido.
Para superfícies metálicas, o método eletroquímico é um método eficaz de descontaminação. O objetivo é aproximadamente o mesmo - remover a camada superficial de metal, camadas de corrosão, impregnadas com radionuclídeos. Mas a quantidade de resíduos radioativos líquidos é bastante reduzida, uma vez que uma quantidade mínima de eletrólito pode ser usada. Esse é o chamado banho eletrolítico
semi -
seco - um pano ou feltro impregnado com eletrólito é aplicado à superfície descontaminada e um segundo eletrodo é colocado sobre ela). A parte ou superfície descontaminada é o ânodo, e geralmente uma folha de chumbo é usada como cátodo, facilmente deformável para se ajustar firmemente à superfície desativada.
Para descontaminar contaminantes radioativos difíceis de remover, como, por exemplo, helicópteros sobrevoando o reator de emergência de Chernobyl, também foi usado o jateamento de areia. No entanto, gera uma enorme quantidade de poeira radioativa, danifica severamente a superfície descontaminada e geralmente apresenta baixa eficiência.
Se de repente, Deus o permita, você se encontra em uma zona de contaminação radioativa e precisa desativar algo com urgência, então recomendo um detergente para a louça (Fairy, etc.) ou qualquer detergente com a adição de ácido oxálico. Você também pode usar produtos de limpeza de encanamento doméstico, como o Cif, que já contêm ácido.
Por radiação induzida, a desativação geralmente não ajuda. Afinal, sua fonte está localizada profundamente no objeto radiante - os nêutrons têm um poder de penetração muito alto. Mas longe de sempre a impossibilidade de descontaminação significa que a fonte de radiação está associada a ela.
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A radiação induzida é um fenômeno real, mas está tão cheia de mitos que se tornou um tipo de mito. Na realidade, a formação da radioatividade induzida deve ser levada em consideração em vários casos, mas no manuseio normal de substâncias radioativas e outras fontes de radiação ionizante, não é preciso ter medo da radiação induzida. Mas a contaminação com radionuclídeos não é apenas mais real, mas também mais perigosa.
No KDPV - ZGRLS "Duga". Foto de
Mike Deere .