İyonlaştırıcı radyasyon

Radyoaktif maddelere veya iyonlaştırıcı radyasyona karşı ISO 7010'a göre uyarı işaretleri (koruyucu kaplarda da)
Doğrudan tehlikeli radyoaktif maddeler üzerinde ISO 21482'ye göre uyarı işaretleri

İyonize radyasyon (aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon ) herhangi bir terimdir parçacık ya da elektromanyetik radyasyon edebilmektedir kaldırmak için elektronlar ile ilgili atomu veya moleküller , pozitif yüklü, böylece (en çok çarpışma süreçleri boyunca) iyonları ya da moleküler kalıntıları (kalır iyonizasyon ).

Bazı iyonlaştırıcı radyasyon, radyoaktif maddelerden yayılır . Kısaltılmış radyoaktif radyasyon terimi bazen onlar için halk dilinde kullanılır . Bu tür radyasyona nükleer radyasyon da denir .

İyonlaştırıcı radyasyon olarak adlandırılması, 27 Şubat 1896'da X-ışınlarının havadaki molekülleri elektrik yüklü parçacıklara böldüğünü açıklayan ve bunu "hava iyonlaşır" olarak tanımlayan Joseph John Thomson'a kadar uzanmaktadır .

İyonlaştırıcı radyasyon türleri

İyonlaştırıcı radyasyon, kinetik enerjisi (parçacıklar durumunda) veya kuantum enerjisi (dalgalar durumunda) elektronları bir atomdan veya molekülden - ayrıca ara reaksiyonlar yoluyla serbest bırakmak için yeterli olan herhangi bir radyasyondur . Bunun için gerekli iyonlaşma enerjisini üretmek için parçacık veya kuantum enerjisinin genellikle yaklaşık 5 elektron volttan (eV) fazla olması gerekir .

madde ile etkileşim

Madde kalkanlar vasıtasıyla iyonize edici radyasyon absorpsiyon .

İsimsiz mekanizma - iyonizasyon - elektronların atom kabuklarından salınmasıdır. İyonlaştırıcı radyasyon kabaca gevşek ve yoğun iyonlaştırıcı radyasyon olarak ikiye ayrılır : Büyük parçacıklardan (protonlar ve iyonlar) gelen radyasyon yoğun bir şekilde iyonlaştırıcıdır, çünkü parçacıklar yollarında neredeyse sürekli olarak nüfuz edilen ortama enerji yayar ve bu süreçte onu iyonize eder. Fotonlar (yani x-ışınları veya gama ışınları ) ince iyonlaştırıcıdır. Serbest bırakılan elektrona aktarılan yeterli enerji varsa, bir delta elektrondan söz edilir ve bu elektron da kendini iyonize edebilir. Yüksek enerjili elektronlar, maddede bremsstrahlung'un ötesinde , aynı zamanda iyonlaştırıcı olarak da hareket eder. Elektron radyasyonu da gevşek iyonlaştırıcı radyasyon olarak sayılır. İyonlaştırıcı yüklü radyasyon parçacıklarının yolları, bir bulut odasında sis izleri olarak gözlemlenebilir.

Bir parçacık türü ne kadar yoğun iyonlaşırsa, lineer enerji aktarımı / frenleme kapasitesindeki karakteristik artış o kadar belirgindir , yani. ben. yolun sonuna doğru mesafe başına enerji çıkışı ( Bragg tepe noktası ).

Işın türleri yüklü parçacıklar (örneğin alfa radyasyonu ve beta radyasyonu ): doğrudan iyonlaştırıcı
 
yüksüz parçacıklar (örneğin gama radyasyonu ve nötron radyasyonu ): dolaylı olarak iyonlaştırıcı
İyonlaştırıcı radyasyonun madde ile etkileşimi: Gelen nötron durumunda, hidrojen içeren malzemedeki bazı tipik ara işlemler gösterilmiştir. Gama kuantumları dalgalı çizgiler, yüklü parçacıklar ve nötronlar düz çizgiler veya düz çizgiler ile temsil edilir. Küçük daireler iyonlaşma süreçlerini temsil eder.

Fotonlar (gamma quanta), alfa veya beta parçacıkları gibi yolda sürekli iyonlaşmazlar. Bir gama kuantumunun madde ile etkileşimi, aşağıdaki üç süreçten biri yoluyla gerçekleşir:

  1. Fotoğraf efekti : Fotoğraf efektiyle foton, bir elektronu atomun kabuğundan dışarı atar.
  2. Compton etkisi : Her Compton saçılması ile foton, vurulan elektrona enerji verir ve azaltılmış enerjiyle farklı bir yönde uçar.
  3. Çift oluşumu : Çift oluşumunda foton kaybolur; enerjisi bir parçacık-antiparçacık çiftinin oluşumuna yol açar.
Enerji ve atom numarasının bir fonksiyonu olarak gama radyasyonu için etkileşim süreçleri

Düşük enerjilerde ve büyük atom numaralarında fotoelektrik etki baskındır, yüksek enerjilerde ve büyük atom numaralarında hafif elementler için 0,1 ila 20 MeV aralığında Compton saçılması (şemaya bakınız) arasında çift oluşumu baskındır. Fotonun enerjisi yeterince yüksekse, nükleer foto etkisi yoluyla hızlı protonlar veya nötronlar da serbest bırakılabilir ve radyonüklidler oluşturulabilir.

İyonlaştırıcı radyasyon kimyasal bileşikleri parçalar ve yüksek oranda reaktif radikaller oluşur . Biyolojik olarak zararlı etkilerinin yattığı yer burasıdır. Radiolysis su ait için özel önem radyasyon biyolojisi . Bu şekilde üretilen reaktif oksijen türleri , sözde oksijen etkisinden sorumludur . Enzimler veya DNA gibi onları etkisizleştiren veya onlara zarar veren moleküllerle reaksiyona girerler ve onarılmaları gerekebilir . İnce iyonlaştırıcı radyasyonun aksine, yoğun iyonlaştırıcı radyasyon, onarılması çok daha zor olan karmaşık DNA hasarı yaratır ve yakın çevrede birden fazla bireysel hasar meydana gelir, bu da daha yüksek göreli biyolojik etkinliğe yol açar , bu da daha yüksek radyasyon korumasında dikkate alınır. radyasyon ağırlıklandırma faktörleri

Nüfusun radyasyona maruz kalması

Doğal radyasyon kaynakları

Radyasyona maruz kalma , bir karşı yaşam duruma (ev, vs.) bağlı olarak Almanya'nın sakinleri için doğal kaynaklar potansiyel müşterilerinden iyonizan radyasyona eşdeğer doz 10 1'den mSv yıllık. Bunlar temel olarak yerkabuğunda, yapı malzemelerinde ve atmosferde doğal olarak oluşan radyoaktif maddelerden gelen kozmik ışınlar ve radyasyondur , örn. B. Hayati elementler olan karbon ve potasyumun radyoaktif izotopları . İnsan vücudunun kendisi de metabolizma tarafından sabit tutulan bu radyoaktif maddelerin küçük bir miktarını içerir.

  • Doğal olarak oluşan radyoaktivite:
    • Radon (özellikle bodrum odalarda birikebilir)
    • Taşlarda ve yapı malzemelerinde potasyum -40 ve diğer radyonüklidler
    • gıdaya gömülü radyoaktif parçacıklar
    • gıda ve havadaki doğal karbon 14 içeriği
  • Kozmik radyasyon : esas olarak hızlı yüklü parçacıklar, atmosferle etkileşim yoluyla ikincil radyasyon dünya yüzeyine ulaşır; sorumlu z. B. Hava trafiği sırasında radyasyona maruz kalma için. Yük, deniz seviyesinden yükseklikle artar.
  • Güneşten gelen radyasyon : Ultraviyole (UV-B neredeyse tamamen emilir, ancak yine de diğer şeylerin yanı sıra güneş yanığına yol açar ; UV-C atmosferde tamamen emilir ve moleküler oksijeni parçalayarak ozon tabakasına yol açar), parçacık radyasyonu ( güneş rüzgarı ) auroralara yol açar.

Radyasyon kaynaklarını uygarlaştırmak

Uygarlaştırıcı radyasyon kaynaklarından gelen yıllık doz, ortalama olarak, doğal olanla aynı büyüklüktedir. O oralı

X-ışınları, tüp ekranlar , elektron mikroskopları , radar vericileri veya elektron demeti kaynak sistemleri gibi elektronların yüksek voltajla hızlandırıldığı cihazlarda da kaçınılmaz olarak bir "yan ürün" olarak ortaya çıkar . Bu konuda Alman Federal Çalışma ve Sosyal İşler Bakanlığı'ndaki "Meslek Hastalıkları" Tıbbi Danışma Kurulu'ndan bir görüş var.

etki

Boyutlar ve ölçü birimleri

emilen doz

Emilen dozu bu ışınlanmış bir nesnenin, örneğin bir B. vücut dokusu, bir stres periyodu boyunca kütle birimi başına emilen enerji miktarı. Verilen radyasyon türü ve enerjisi için ışınlamanın yoğunluğuna ve ışınlanan maddenin absorpsiyon kapasitesine bağlıdır.

  • SI birimi: Gri Gy; 1 Gri = 1 J / kg (bir kaynaktan gelen ağırlıksız radyasyon)

iyon dozu

İyon doz ışınlanmış maddenin kütlesi başına serbest şarj tarafından ifade edilen iyonizasyon gücü, bir ölçüsüdür.

eşdeğer doz

Eşdeğer doz belli bir radyasyon dozu biyolojik etkisinin gücünün bir ölçüsüdür; geçerlilikleri radyasyondan korunmada kullanımla sınırlıdır . Aynı büyüklükteki eşdeğer dozlar bu nedenle radyasyonun türü ve enerjisi ne olursa olsun insanlar üzerindeki etkileri açısından karşılaştırılabilir.

Doz eşdeğeri, gri renkte soğurulan dozun, söz konusu radyasyonun göreceli biyolojik etkinliğini basitleştirilmiş bir şekilde tanımlayan radyasyon ağırlık faktörü (önceden kalite faktörü olarak adlandırılır) ile çarpılmasıyla elde edilir . Radyasyonun türüne ve enerjisine bağlıdır. Örneğin, beta ve gama radyasyonu için radyasyon ağırlık faktörü 1'dir; Sv'deki eşdeğer doz, Gy'deki soğurulan doza sayısal olarak eşittir. Diğer radyasyon türleri için 20'ye kadar olan faktörler geçerlidir (radyasyon ağırlık faktörü tablosuna bakınız).

Ayrıca bakınız: büyüklük sırası (doz eşdeğeri)

biyolojik etki

İyonlaştırıcı radyasyon tarafından üretilen radikaller, genellikle ilk molekülün yalnızca radyasyonla yok edilmesinden daha sonraki kimyasal reaksiyonlar yoluyla daha büyük hasara neden olur . Bu etki, örneğin kansere karşı mücadelede arzu edilir , çünkü etkilenen hücrelerin, bu durumda ideal olarak tümör hücrelerinin ölümünü kolaylaştırır. Radonbalneologie terapötik etkisi soy gazın setleri radon belli hastalıklarda.

Görüşler, zararlılığın derecesi konusunda farklılık gösterir:

  • Radyasyon hastalığı , yaklaşık 0,2 ila 1,0 Sv'lik kısa süreli maruziyetten  oluşur . 4  Sv kısa süreli ışınlama vakaların %50'sinde ölümcül, 7 Sv ise kesinlikle ölümcüldür. Zayıflamış bir bağışıklık sisteminde kendini gösterir ve yanar . Şüphesiz, yüksek radyasyon dozundan (yaklaşık 2 Sv'den daha büyük  ) biyolojik fonksiyonlara sahip pek çok molekül bir kerede yok edilir ve etkilenen hücreler artık yaşayamaz. Hücreyi öldüren moleküllerin parçalanmasından da çok fazla toksik madde oluşur. Moleküler düzeyde, diğer şeylerin yanı sıra, radyolizin neden olduğu radikallerin zarar verici etkisi söz konusudur. Uzun vadeli bir sonuç olarak, genetik materyaldeki değişiklikler de sık görülür ve belirli bir olasılıkla kansere yol açabilir, ancak hepsinden önemlisi , yavrularda veya gelişmekte olan embriyolarda / fetüslerde malformasyonlara ve ayrıca toplam kısırlığa (infertilite) yol açabilen mutasyonlara yol açabilir. ) (ayrıca bkz . radyasyon riski ).
  • 1,3 mSv / a'ya kadar (Almanya'da) sabit doğal radyasyon nedeniyle bir kişinin 76 yıl boyunca aldığı doza kabaca karşılık gelen yaklaşık 0.1 Sv'lik ortalama yaşam dozlarında,  çarpıcı gözlemler yoktur. görünüşe göre tüm canlılar evrim sürecinde buna uyum sağlamıştır.
  • 0.02 Sv civarındaki çok düşük dozların etkileri  tartışmalıdır:
    1. Bazı uzmanlar, iyonlaştırıcı radyasyonun zararlılığının azalan dozla doğrusal olarak azaldığını öne sürmektedir. Yana riski kanserinden ölmektedir sadece 1 ‰ artarak 0.02  Sv doğrusal modeline göre, test kişisi milyonlarca güvenilir bir istatistiksel kanıt gerekli olacaktır. Böyle bir kanıt mümkün değildir.
    2. Önemli ölçüde daha az bilim insanı, daha düşük radyasyona maruz kalmanın da daha büyük hasara neden olabileceğine dair göstergeler kaydediyor; örneğin, bağışıklık sistemi aktivite eksikliği nedeniyle “uykuya dalar” ve hastalığa yatkınlık artar. Doğal radyasyona maruz kalmanın azaltılmasının hastalığı teşvik edip etmeyeceği tartışmalıdır (bkz. Hormesis ).

Alfa radyasyonu onların iyonlaştırıcı gücü özellikle yüksek zararlı etkisi ile canlı doku üzerinde var, ama tamamen bir kağıt basit levha ile sadece birkaç santimetre girebileceklerle bir dizi havalandırmak sahiptir kalkanlı (aynı amaç buluştuğu üst ölü deri pul) olmak Böylece insan vücudunun dışında bulunan alfa yayıcılar büyük ölçüde zararsızdır. Alfa yayıcılar, canlı doku ile doğrudan temas ettiklerinde tehlikelidir. Bunu yapmanın bir yolu, nefes etmektir aerosoller edilir absorbe yoluyla mukozaları solunum yolları; radyoaktif toz akciğerlerde depolanır ve orada kansere neden olabilir. Asil gaz radon, kimyasal özelliklerinden dolayı vücutta depolanmaz, ancak soluma sırasında akciğerlerde radyoaktif bozunma tehlikesiyle karşı karşıya kalır . Çok güçlü bir alfa yayıcı (birkaç gün veya daha kısa yarılanma ömrü) gıda yoluyla yutulduysa veya kan dolaşımına enjekte edildiyse, birkaç mikrogram bile insanlar için ölümcül olabilir.

Ayrıca, ultraviyole radyasyon iyonlaştırıcı etki gösterebilir , çünkü ozon tabakası nedeniyle daha kısa dalga boylu bileşenler, dünya yüzeyinde güneşin sadece küçük bir kısmına ulaşarak cilt kanseri riskini artırır.

Diğer efektler

İyonlaştırıcı radyasyon mikroelektronik devrelerde (çipler) (RAM'deki bit hataları vb.) hatalara neden olabilir. Bu hatalar ne kadar sık ​​olursa, ilgili bileşenlerdeki yükler o kadar düşük olur. Bu nedenle çok küçük yapılarda en rahatsız edici olanlardır. Bu tür hatalara karşı kararlılık önemli bir tasarım kriteridir. Özellikle uzayda kullanım için uygun koruyucu önlemler alınmalıdır.

İyonlaştırıcı radyasyonun biyolojik ve kimyasal uygulamaları

İçinde biyoloji esas olarak mutasyona ve sterilizasyon etkisi kullanılır. Bitki ıslahında, örneğin, modifiye edilmiş türler üretebilen “radyasyon kaynaklı mutasyonlar” ( mutajenez ) üretilir . Bir uygulama alanı “ steril böcek teknolojisi ” veya kısaca SIT'dir. Erkek böcek zararlıları, gama radyasyonu ile sterilize edilir ve daha sonra hedef alana salınır. Yavruların yokluğu popülasyonda azalmaya yol açar. Buradaki avantaj, zararlı kimyasalların kullanılmaması ve diğer böceklerin etkilenmemesidir.

İyonlaştırıcı radyasyon, cihazların, implantların, yiyeceklerin ve içme suyunun sterilizasyonu için de uygundur . Bu mikroorganizmaları öldürür. Bununla birlikte, gıdaların radyasyonla sterilizasyonu için katı gereklilikler geçerlidir. Bir fidenin büyümesi, zayıf radyasyonla iyileştirilebilirken, aşırı radyasyonun büyümeyi engelleyici bir etkisi vardır.

Polimer üretiminde ışınlama ısı üretmeden çapraz bağlanmayı sağlar. Büyük bileşenler, çok uzaklara nüfuz eden radyasyonla da ağa bağlanabilir. Diğer şeylerin yanı sıra beta radyasyonu (radyasyon çapraz bağlı yalıtım malzemeleri) ve ultraviyole radyasyonu (sentetik reçine cila katmanlarının sertleşmesi) kullanılır. Aktivatörler eklendiğinde, görünür ışıkla ışınlama yoluyla bazı polimer reaksiyonları da başlatılabilir.

İyonlaştırıcı radyasyon değerli taşlarda, camlarda ve pigmentli plastiklerde renk değişikliklerine neden olabilir. Gibi kristaller olarak korundum , bu oluşturarak yapılır adet renk .

Fotolitografi (u .. bir Mikroelektronik - ve baskılı devre üretim ultraviyole, X-ray, iyon veya beta radyasyonu neden olduğu reaksiyonlar çapraz bağlama kullanımlar (pozitif karşı) ya da bozunma reaksiyonları (karşı negatif)).

Ultraviyole ışın klorsuz için kullanılabilecek ağartma arasında selüloz . Kumaşların renklendirici (kir) bileşenleri kimyasal olarak parçalanır ve uçucu veya yıkanabilir maddelere dönüştürülür.

Radyasyon koruması

İnsanlar iyonlaştırıcı radyasyonu ister radyoaktif ister diğer kaynaklardan doğrudan algılayamazlar. Bu nedenle, radyoaktif materyallerle çalışırken etkili radyasyon koruması için özel dikkat gereklidir. Kalkanlama, geniş bir mesafeyi koruma ve radyasyon alanındaki sürenin uzunluğunu kısıtlama ( 3-A kuralı ), gerekirse ölçüm ve uyarı cihazlarının ( dozimetreler ) kullanılması yararlıdır .

Edebiyat

  • Hanno Krieger: Radyasyon fiziğinin temelleri ve radyasyondan korunma . 4. baskı, Springer 2012, ISBN 978-3-8348-1815-7 .

İnternet linkleri

Commons : İyonize Radyasyon  - Resim, video ve ses dosyalarının toplanması

Bireysel kanıt

  1. ^ Heinz Otremba: Wilhelm Conrad Röntgen. Bilimin hizmetinde bir yaşam. Walther Gerlach tarafından bilimsel olarak takdir edilen bir belge . Frankonya şirketi matbaası, Würzburg 1970, s. 55.
  2. ^ Radyasyon Onkolojisi Fiziği El Kitabı IAEA, İnsan Sağlığı, Dozimetri ve Tıbbi Radyasyon Fiziği Bölümü. Bölüm 19, s. 487. Erişim tarihi: 2 Mart 2015.
  3. Düşük seviyelerde iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmaktan kaynaklanan sağlık riskleri Düşük Düzeylerde İyonlaştırıcı Radyasyona Maruz Kalmaktan Kaynaklanan Sağlık Risklerini Değerlendirme Komitesi, Radyasyon Etkileri Kurulu, Dünya ve Yaşam Çalışmaları Araştırma Bölümü, Ulusal Akademiler Ulusal Araştırma Konseyi. ISBN 0-309-09156-X (ciltsiz), ISBN 0-309-53040-7 (pdf). S. 19. Erişim tarihi: 2 Mart 2015.
  4. Eric J. Hall, Amato J. Garcia: Radyolog için Radyobiyoloji, 7. Baskı, Lippincott Williams & Wilkins 2012, ISBN 978-1-4511-5418-4 .
  5. İyonlaştırıcı radyasyonun neden olduğu hastalıklar hakkında bilimsel görüş
  6. Ray F. Evert, Susan E. Eichhorn: Esaus bitki anatomisi meristemleri, bitkilerin hücreleri ve dokuları - yapıları, işlevleri ve gelişimi . Walter de Gruyter, 2009, ISBN 978-3-11-020592-3 , s. 108 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  7. Claus Grupen, Tilo Stroh, Ulrich Werthenbach: Radyasyondan korunma üzerine temel kurs, radyoaktif maddelerle uğraşmak için pratik bilgiler . Springer-Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-75849-5 , s. 191 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  8. Heinz M. Hiersig : Sözlük üretim mühendisliği, süreç mühendisliği . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-57851-9 , s. 85 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  9. Werner Stolz: Radyoaktivite Temelleri - Ölçüm - Uygulamalar . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-663-01497-3 , s. 166 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  10. Hans J. Mair: Kablo teknolojisi geliştirme, test etme, deneyim, eğilimlerde plastikler; 34 tablo ile . uzman verlag, 1999, ISBN 978-3-8169-1511-9 , s. 279 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  11. Bodo Müller, Johann Georg Leutmann, Ulrich Poth: Boya formülasyonu ve boya tarifi, eğitim ve uygulama için ders kitabı . Vincentz Network GmbH & Co KG, 1978, ISBN 978-3-87870-170-5 , s. 239 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  12. Florian Neukirchen: Değerli Taşlar Dünyanın keşfi için parlak tanıklar . Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-8274-2922-3 , s. 9 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).
  13. Andreas Risse: Mekatronik, hassas mühendislik ve hassas cihaz teknolojisinde üretim süreçleri . Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-8348-8312-4 , s. 524 ( Google Kitap aramasında sınırlı önizleme ).