קרינה מייננת – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
אין תקציר עריכה תגיות: עריכה ממכשיר נייד עריכה דרך האתר הנייד |
שחזור עמוק |
||
שורה 1:
{{עריכה|נדרשים מקורות לקביעות ולהגדים שבערך|נושא=מדעי הטבע}}
[[קובץ:Radioactive.svg|שמאל|ממוזער|250px|סמל אזהרה מפני
[[קובץ:New_radiation_symbol_ISO_21482.svg|שמאל|ממוזער|250px|שלט חדש שמזהיר על קרינה מייננת]]
'''קרינה מייננת''' היא [[קרינה|קרינת]] [[חלקיק]]ים או [[גל אלקטרומגנטי|גלים אלקטרומגנטיים]] בעלי [[אנרגיה]] גבוהה המסוגלים [[יינון|ליינן]] חומר כלומר, לשחרר [[אלקטרון|אלקטרונים]] מתוך [[אטום|אטומים]] או [[מולקולה|מולקולות]]. יכולת היינון של חלקיק או [[פוטון]] תלויה באנרגיה שלו בלבד ולא בכמות החלקיקים. כלומר, גם כמות גדולה של חלקיקים או פוטונים בעלי אנרגיה נמוכה עדיין מהווים [[קרינה בלתי מייננת]] אם כל חלקיק או פוטון לבד אינו מסוגל ליינן.
קרינה מייננת יכולה להיות קרן של חלקיקים בעלי [[מסה]] ו[[מטען חשמלי]], כגון [[אלקטרון|אלקטרונים]] או [[פרוטון|פרוטונים]], חלקיקים בעלי מסה ללא מטען חשמלי, כגון [[נייטרון|נייטרונים]], או חלקיקים שאינם בעלי מסה או מטען חשמלי כגון [[פוטון|פוטונים]].
דוגמאות של קרינה מייננת הם: [[קרינת אלפא]], [[קרינת בטא]] ו[[נייטרון|קרינת ניוטורנים]]. היכולת של קרינה אלקטרומגנטית ליינן משתנה על פני [[הספקטרום האלקטרומגנטי]]. קרינות באנרגיות גבוהות בתחום של [[קרינת רנטגן]] או [[קרינת גמא]] מייננות כמעט כל אטום או מולקולה. קרינה בתחום של [[על-סגול|על-סגול קיצונית]] מייננת הרבה אטומים ומולקולות (כולל רקמות ביולוגיות) וקרינה בתחום של [[על-סגול]] קרוב ואור נראה מייננות מעט מולקולות; גלי [[מיקרוגל]], [[גלי רדיו]] והשדה האלקטרומגנטי של כבלי מתח גבוה הם
מנת הקרינה מקרינה זאת באה בעיקר ממיואונים, נייטרונים ואלקטרונים, ו[[קצב המנה]] (קצב צבירת מנה מקרינה מייננת) משתנה על פני כדור הארץ, בהתאם לעוצמת השדה המגנטי, הגובה והמקום במחזור של השמש. קצב המנה במטוס כל כך גבוה שעל פי דו"ח האו"ם (UNSCEAR) משנת 2000, צוותי אוויר נחשפים למנה הכי גבוהה בין כל העובדים במשק, כולל עובדי קרינה והעובדים בכוריםעידן עדין דעין דעין דעיןד הומווווו שחורר▼
לקרינה מייננת שימושים רבים ב[[רפואה]], במחקר ופיתוח, בבנייה ובתחומים נוספים.
חשיפה לקרינה מיינת יכולה להיות מסוכנת לבריאות. יינונים רבים מידי המתרחשים במערכת ביולוגית יכולים להוות גורם הרסני למערכת, משום שהיינון גורם לנזק חמור לחומר הגנטי ([[DNA]]) של [[תא]]ים יחידים. בנוסף לנזק המיידי, רקמות שנחשפות לקרינה מייננת סובלות מנזק מאוחר, המתבטא בעיקר בהתפתחותם של גידולים [[סרטן (מחלה)|סרטניים]]. חשיפה לכמות גדולה של קרינה מייננת יכולה לגרום [[מוטציה|למוטציות]] בצאצאים הנולדים לאחר החשיפה.
==סוגי קרינה==
[[קובץ:Alfa_beta_gamma_radiation.svg|ממוזער|250px|קרינת אלפא ('''α''') עשויה [[גרעין האטום|מגרעינים]] של [[הליום]], וניתן לחסום אותה על ידי פיסת נייר; קרינת בטא ('''β''') עשויה מאלקטרונים, וניתן לחסום אותה על ידי פלטה העשויה מ[[אלומיניום]]; קרינת גמא ('''γ''') עשויה מפוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, ונבלעת לאט לאט תוך כדי שהיא חודרת לתוך חומרים דחוסים.]]
סוגים שונים של קרינה נוצרים כתוצאה מ[[רדיואקטיביות|דעיכה רדיואקטיבית]], [[היתוך גרעיני]], [[ביקוע גרעיני]], קרינה מחומרים שחוממו לחום גבוה מאוד ([[קרינת גוף שחור]]) ועל ידי [[מאיץ חלקיקים|מאיצי חלקיקים]].
חלקיק מסוגל ליינן רק כאשר הוא בעל אנרגיה גבוהה, אז יש ביכולתו לקיים [[אינטראקציה]] עם האטומים של החומר דרכו הוא עובר. היות שפוטונים מקיימים אינטראקציה עם חלקיקים בעלי מטען חשמלי, פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה מהווים קרינה מייננת. סף האנרגיה בה היינון מתחיל [[רקמה|ברקמות ביולוגיות]] הוא בתחום העל-סגול של הספקטרום האלקטרומגנטי; [[כוויית שמש]] היא תוצאה של אינטראקציה מעין זו. חלקיקים מאסיביים בעלי מטען חשמלי, כגון [[אלקטרון|אלקטרונים]], [[חלקיק|פוזיטרונים]] [[קרינת אלפא|וחלקיקי אלפא]], מקיימים אף הם אינטראקציה עם חלקיקים בעלי מטען חשמלי כגון אטומים או מולקולות. לכן, אם האנרגיה שלהם מעל סף אנרגיית היינון, הם מייננים בצורה ישירה. אף על פי [[נייטרון|שלנייטרונים]] אין מטען חשמלי ושהם אינם מקיימים אינטראקציה עם אלקטרונים, נייטרונים בעלי אנרגיה גבוהה (שנקראים '''נייטרונים מהירים''') מסוגלים לבצע אינטראקציה עם פרוטונים ואף עם נייטרונים אחרים. לכן, גם הם למעשה מייננים, גם אם בצורה עקיפה. אינטראקציה זו דומה להתנגשות בין כדורי [[ביליארד]] - הכדור הפוגע עוצר והכדור הנפגע מתחיל לנוע ולוקח איתו את האנרגיה של הכדור הראשון. בצורה כזו, הנייטרונים הפוגעים מייצרים זרם של פרוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, המייננים, בתורם, את האטומים בסביבה.
סוג אינטראקציה נוסף המתרחש בין נייטרון לחומר הוא בליעת הנייטרון על ידי אטום. כשגרעין אטום בולע נייטרון שפוגע בו, האטום הופך (בדרך כלל) ל[[איזוטופ]] [[רדיואקטיביות|רדיואקטיבי]], המקרין בשעת [[רדיואקטיביות|הדעיכה הרדיואקטיבית]] שלו. לכן, קרן של נייטרונים מהירים מהווה קרינה מייננת.
[[קובץ:Strahlenarten en.svg|ממוזער|250x250px|קרניים העוברות בחומר: ראו הסבר בגוף הערך]]
בתמונה השלישית, קרני גמא מיוצגות על ידי קו גלי וחלקיקים בעלי מטען חשמלי ונייטרונים מיוצגים על ידי קווים ישרים. העיגולים הקטנים מייצגים מקומות בהן קיימים תהליכי יינון.
כשקרני אלפא עוברות בחומר הן מייננות את האטומים שבמסלולם. תוצרי היינון הם בדרך כלל יונים אטומים חיוביים ואלקטרונים חופשיים. כאשר חלקיקי בטא בעלי אנרגיה גבוהה עוברים דרך חומר הם מייצרים [[קרינת בלימה]] (Bremsstrahlung) או אלקטרונים משניים (שנקראים קרני '''δ'''), ושני אלו מייננים את החומר בסביבתם. בשונה מקרני אלפא ומקרני בטא, קרני גמא אינן מייננות את החומר (אלא רק את האלקטרונים שבתוך האטום) שנמצא על מסלולן. הן מקיימות שלושה סוגי אינטראקציה עם סביבתן: [[האפקט הפוטואלקטרי]], [[אפקט קומפטון]] ו[[יצירת זוג]]. בתמונה התחתונה משמאל ("אינטרקציה של קרינה מייננת עם חומר") ניתן לראות דוגמה לשתי התנגשויות קומפטון, אחת אחרי השנייה. בכל התנגשות כזו, קרינת הגמא (=הפוטון) מעבירה חלק מן האנרגיה שלה ל[[אלקטרון]], ולאחר מכן ממשיכה בכיוון חדש, עם אנרגיה פחותה. בתחתית תמונה זו מופיע נייטרון המתנגש בפרוטון; הפרוטון משתחרר מהגרעין בו הוא נמצא ונהפך ל'''פרוטון רתיעה מהירה''', המיינן את החומר על מסלולו. בסוף מסלולו נלכד הנייטרון על ידי גרעין אטומי בריאקציה שמסומנת (n,γ) - כלומר כליאת נייטרון ויצירת פוטון.
האלקטרונים והיונים הנוצרים על ידי מעבר קרינה מייננת מסוגלים לגרום נזק לרקמות ביולוגיות חיות. כאשר מנת הקרינה מספיק גבוהה ניתן לראות השפעה מיידית, בצורת הרעלת קרינה. מנות נמוכות יותר גורמות לנזק מאוחר, כגון סרטן וגידולים ממאירים. ההשפעה של מנות קרינה נמוכות מאוד (בין אם ממקורות טבעיים כגון קרינה קוסמית וקרינה מהתפרקות הגז הטבעי [[רדון]], ובין אם ממקורות מלאכותיים כמו קרינת-X רפואי ופליטות מתחנות כוח גרעיניות) שנויה במחלוקת. דו"ח של המועצה למחקר לאומי של ארצות הברית משנת [[2005]] הסיק כי הסכנה ממקורות אלו ובמינונים אלו היא יחסית נמוכה.{{הערה|1=ראו [http://www.nap.edu/execsumm_pdf/11340.pdf דו"ח BEIR VII]. }} מצד שני, בשנת [[2008]] פרסם משרד הבריאות הישראלי הנחיה לכל רופאיו להקטין כמה שאפשר את חשיפת המטופלים לקרינה מייננת כאשר הדבר לא נחוץ לאבחון הרפואי.
{{ציטוט|מרכאות=כן|תוכן=על הרופא לשקול את הסיכון מול התועלת בעת הפניית מטופל לבדיקת אבחון הכרוכה בקרינה ולהימנע מביצוע בדיקה עם קרינה במידה שקיים תחליף ללא קרינה... ולהימנע מבדיקת הצנתור הווירטואלי (ס. ט. של עורקי הלב) על בסיס שגרתי|מקור=מעריב, ט"ז תשרי תשס"ט (15.10.2008)}}
ההחלטה התבססה על שלושה מחקרים שהתפרסמו בשנת [[2007]]:
* מחקר שהתפרסם בעתון הרפואי '''סירקוליישן''' בו טענו חוקרים אמריקאים מ[[אוניברסיטת קולומביה]] ו[[אוניברסיטת מדינת פנסילבניה]] כי על המערכת הרפואית להכין פרוטוקולים כדי לצמצם את כמות הקרינה במהלך בדיקות לאבחון מחלות לב.
* מאמר שהופיע בעתון JAMA{{הערה|1=העתון אגודת הרופאים האמריקאים Journal of the American Medical Association}} בו נאמר: "הצנתור הווירטואלי כרוך במנות קרינה רבות במיוחד שמגדילות את הסיכון לפתח סרטן".
* מחקר שנערך על ידי קבוצת מדענים איטלקיים מהמכון לפיזיולוגיה קלינית ב[[פיזה]] שמצאו ששליש מתוך מיליארדי הבדיקות האבחוניות המבוצעות ברחבי העולם מדי שנה הן בדיקות לאבחון לב וכלי דם, ומרביתן כרוכות בחשיפה לקרינה מייננת.
חומרים רדיואקטיביים בדרך כלל פולטים [[קרינת אלפא]], [[קרינת בטא]] וקרני [[גמא]]. ניתן לעצור קרינת אלפא וקרינת בטא בקלות - קרינת אלפא נעצרת על ידי דף נייר וקרינת בטא נעצרת על ידי פיסה דקה של [[אלומיניום]]. לכן, אם מקור אלפא או בטא נמצא מחוץ לגוף, רוב הקרינה נבלמת בעור או בשרירים ולא מגיעה לאיברים הפנימיים.
רוב הנזק שנובע מקרינת אלפא ובטא מתרחש כאשר חומרים אלו נוצרים '''בתוך''' הגוף עצמו או כשהם מוכנסים לגוף, למשל על ידי שאיפה, בליעה או אכילה. לעיתים, החדרת כמות קטנה של חומר רדיואקטיבי יכולה לגרום לנזק רב אם כל החומר מתרכז באיבר מסוים. לדוגמה, הגוף מתייחס ל[[יוד]] רדיואקטיבי בדיוק כמו ליוד שאינו רדיואקטיבי ומרכז אותו ב[[בלוטת התריס]]; הצטברות של יוד רדיואקטיבי בבלוטת התריס יכולה להוביל לסרטן בלוטת התריס.
קרני גמא מייננות פחות מקרני אלפא ובטא, לכן הקרן נחלשת פחות עבור כל ס"מ שהיא עוברת בחומר (לעומת חלקיק טעון). כתוצאה מכך הגנה מפני קרני גמא מצריכה מיסוך עבה יותר. חדר לטיפול ב[[רדיותרפיה]] מוקף קירות עבים ביותר הנועדים למיסוך הצוות מן הקרינה. הנזק הנגרם על ידי קרינת גמא דומה לנזק שנגרם על ידי [[קרני רנטגן]] וכולל גם כוויות וסרטן הנגרם ממוטציות. תאי הזיווג באדם מתנגדים למוטציות בשתי דרכים: על ידי תיקון הטעות ב-[[DNA]] או על ידי [[אפופטוזה]] של התא שסבל ממוטציה.
[[קרינה בלתי מייננת]] נחשבת כבלתי מזיקה כל עוד עוצמתה אינה מספיק גבוהה כדי לגרום לחימום יתר של הרקמות בהן היא עוברת.
==שימושים של קרינה מייננת==
אף על פי שיש הרבה שימושים חיוביים לקרינה מייננת, חשיפה למנת יתר של קרינה עלולה להזיק לבריאות. עובדה זאת לא הייתה תמיד ידועה, אפילו בקרב מומחים. מותה של כלת [[פרס נובל]] [[מארי קירי]] מ[[אנמיה אפלסטית]] (aplastic anemia), נבעה כנראה מחשיפתה לקרינה מייננת בעת ממחקריה על חומרים רדיואקטיביים. בעבר היה נהוג בארצות הברית להשתמש במכשירי רנטגן לבדוק התאמת נעלים לרגלי ילדים; שימוש זה הופסק כשהתגלה הקשר בין קרינה לסרטן.
היות שקרינה מייננת חודרת לתוך חומרים רבים, יש לה שימושים רבים:
;רדיוגרפיה על ידי קרני גמא:
[[רדיוגרפיה]] נמצאת בשימוש ביישומים תעשייתיים רבים כגון גלוי פגמים פנימיים בחומרים שונים. החומר המיועד לשיקוף מונח בין מקור קרני רנטגן לבין סרט. על ידי פיתוח הסרט לאחר חשיפה לזמן מסוים מתקבלת תמונה המהווה השלכה דו-ממדית של האובייקט.
;חיישני מדידה:
פעילותם של חיישני מדידה מבוססת על העובדה שעוצמת קרן גמא נחלשת בצורה [[פונקציה מעריכית|אקספוננציאלית]] עת שהקרן חודרת לתוך חומר (לכל חומר יש מקדם החלשה אופייני. המקדם נקרא '''[[עובי המחצית]]'''); מקור קרינה וגלאי ממוקמים בשני צדי החומר. כמות ההיחלשות מעידה על עובי החומר.
* חיישני גובה: מקור קרינה וגלאי ממוקמים בשני צדדים של כלי המכיל חומר. עוצמת הקרינה הנמדדת על ידי החיישן מעידה על נוכחות חומר בין המקור לגלאי. בחיישני גובה משתמשים בין במקורות פולטי בטא ובין במקורות פולטי גמא. החיישן שימושי עבור חומרים נוזליים או מפוררים.
* חיישני עובי: על מנת למדוד עובי של חומר (בעל צפיפות קבועה), מניחים מקור רדיואקטיבי בצד אחד של החומר וגלאי בצדו השני. כמות הקרינה הנמדדת בגלאי תלויה בעובי החומר ביניהם. ישנו שימוש רחב בחיישנים מעין אלו בייצור חומר רציף כגון נייר, גומי, וכו'.
; שימושים שמבוססים על יינון גז
; מניעת הצטברות חשמל סטטי: כדי למנוע הצטברות [[חשמל סטטי]] בתהליך של יצירת נייר, [[פלסטיק]], או [[בד סינתטי]] ממקמים מקור אלפא <sup>241</sup>Am ([[אמריציום]]) מול החומר המיוצר בסוף פס הייצור. המקור הרדיואקטיבי מיינן את האוויר והיונים החיוביים מנטרלים את המטענים השליליים המצטברים על גבי החומר המיוצר.
; גלאי עשן: [[גלאי עשן]] כולל שני [[תא יינון|תאי יינון]] הממוקמים אחד על יד השני. בתוך כל תא ממוקם מקור רדיואקטיבי חלש, בדרך כלל <sup>241</sup>Am. המקור מיינן את האוויר בתא ללא הפסק, והאלקטרונים שמשתחררים מייצרים זרם חשמלי חלש. תא אחד נשמר סגור, והוא משמש כקנה מידה; התא השני פתוח לסביבה. אם עשן נכנס לתא הפתוח הזרם בו פוחת, מפני שחלקיקי העשן מתחברים ליונים ומנטרלים אותם. כשהזרם יורד מתחת לרמה מסוימת, האלקטרוניקה בגלאי מפעילה אזעקה קולית.
; עוקבים (tracers) רדיואקטיבים לתעשייה: היות ש[[איזוטופ]] רדיואקטיבי מתנהג כמו איזוטופ שאינו רדיואקטיבי (מבחינה כימית), ניתן לעקוב אחר חומרים מסוימים על ידי חיפוש הרדיואקטיביות. דוגמאות:
* הוספת חומר רדיואקטיבי לגז או נוזל במערכת סגורה מאפשרת גילוי חורים או סדקים בצנרת
* הוספת חומר רדיואקטיבי לחומר גלם של מנוע מאפשר מדידת הבלאי של המנוע, על ידי מדידת רמת הרדואקטיביות של השמן במנוע.
===שימושים ביולוגיים ורפואיים של קרינה מייננת===
השימושים העיקריים של קרינה מייננת בתחום ה[[ביולוגיה]] הם עידוד יצירת [[מוטציה|מוטציות]] ו[[עיקור (מיקרוביולוגיה)|עיקור]] (סטריליזציה).
לדוגמה, השימוש בקרינה מייננת לעידוד יצירת מוטציות על מנת לשפר מינים קיימים או לייצר מינים חדשים כגון זנים של חרקים עקורים. זכרי החרקים מוקרנים במנת קרינה שהופכת אותם לעקרים והם משוחררים בשדה הנגוע באותו סוג של חרקים פוריים. אם החרקים העקורים מנצחים את חרקים הפוריים, הבעיה בשדה תיפתר לאחר דור אחד משום שהחרקים העקורים אינם מסוגלים להעמיד צאצאים.
ישנם יתרונות ברורים לעיקור ציוד רפואי (מחטים, סכינים וכו') ומזון על ידי קרינה. יתרונה של קרינה כשיטת עיקור לעומת שיטות מתחרות היא שניתן לסגור את הציוד בצורה הרמטית בתוך קופסאות פלסטיק לפני ההקרנה וכך נשמר המצב הסטרילי אחר ההקרנה. כשמזון נחשף לקרינה במנה מספקת, כל החיידקים במזון מושמדים. לדוגמה, אפשר לשמור חתיכת עוף שהוקרנה למשך חדשים רבים ללא קירור, מבלי שתתקלקל, בתנאי שהעוף נשאר סגור בתוך שקית. מדינות רבות חקקו חוקים המווסתים את תהליך הקרנת המזון כדי למנוע מצב של יצירת [[רדיואקטיביות מושרית]] (induced radiation) במזון.
חשיפת שתלי צמחים צעירים למנת קרינה מייננת נמוכה מאיצה את קצב גידולם; אך מנת יתר מאיטה את קצב גידולם.
אלקטרונים, קרני גמא, ויונים אטומיים נמצאים בשימוש [[רדיותרפיה]] עבור טיפול בגידולים [[סרטן (מחלה)|סרטניים]]. ליתר פירוט ראו בערכים: [[רדיותרפיה]], [[טלתרפיה]] ו[[ברכיתרפיה]].
==קרינת רקע טבעית==
קרינת הרקע הטבעית באה בעיקר מארבעה מקורות: [[קרינה קוסמית]], [[קרינת השמש]], קרינה ממקורות טבעיים ו[[רדון]].
===קרינה קוסמית===
[[כדור הארץ]], וכל החיים עליו, עומדים תחת קרינה מתמדת שמקורה מחוץ ל[[מערכת השמש]] שלנו. קרינה זאת עשויה בעיקר מיונים חיוביים, [[פרוטון|מפרוטונים]] בודדים עד גרעינים כבדים כגון [[ברזל]]. האנרגיה של חלקיקים אלו גדולה בהרבה מהאנרגיה של חלקיק שעובר תאוצה [[מאיץ חלקיקים|במאיצים]] הגדולים שיש בעולם. כשחלקיק כזה פוגע ב[[אטמוספירה]] של כדור הארץ, הוא מייצר את הקרינה המשנית שמגיעה עד האדמה עצמה; 'גשם' של קרני-X, [[מיואון|מיואונים]], [[פרוטון|פרוטונים]], קרני אלפא, [[חלקיק|פיונים]], [[אלקטרון|אלקטרונים]] [[נייטרון|ונייטרונים]].
▲מנת הקרינה מקרינה זאת באה בעיקר ממיואונים, נייטרונים ואלקטרונים, ו[[קצב המנה]] (קצב צבירת מנה מקרינה מייננת) משתנה על פני כדור הארץ, בהתאם לעוצמת השדה המגנטי, הגובה והמקום במחזור של השמש. קצב המנה במטוס כל כך גבוה שעל פי דו"ח האו"ם (UNSCEAR) משנת 2000, צוותי אוויר נחשפים למנה הכי גבוהה בין כל העובדים במשק, כולל עובדי קרינה והעובדים
===קרינת השמש===
| |||