УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 1996 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к области радиационного неразрушающего контроля в различных технических направлениях, в том числе к приборам радионуклидной дефектоскопии, а точнее к гамма-дефектоскопам.

Известны гамма-дефектоскопы, состоящие из источника гамма-излучения, устройств для хранения, перемещения источника и формирования пучка излучения (ГОСТ 23764-79, Гамма-дефектоскопы. Общие технические условия. Сулькин А.Г. Ивлев Б. В. Гамма-дефектоскопы для промышленной радиографии. Препринт. М. ВНИИРТ, 1967).

Широко используются промышленно освоенные унифицированные гамма-дефектоскопы типа "Гаммарид" с источником гамма-излучения на основе радионуклида иридий-192 (Жуковский Е.А. и др. Современные методы и средства радионуклидной дефектоскопии для народного хозяйства. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Радиационная техника, вып.30, М. Энергоатомиздат, 1985, с. 57).

К недостаткам известных дефектоскопов относятся значительные масса и габариты радиационной головки, недостаточные чувствительность и производительность контроля, особенно при контроле толщин в диапазоне от 5 до 25 мм по стали.

В качестве прототипа был выбран гамма-дефектоскоп типа "Гаммарид-192" (Гамма-дефектоскоп типа "Гаммарид-192". Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1.570.000 ТО, 1982, Румянцев C. В. Штань А.С. Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М. Энергоиздат, 1982, с. 54). В состав гамма-дефектоскопа "Гаммарид-192" входят радиационная головка с источником гамма-излучения на основе радионуклида иридий-192, направляющая головка, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры.

Работа устройства происходит путем выдвижения источника излучения из радиационной головки по ампулопроводу в коллиматор, просвечивания контролируемого объекта на радиографическую пленку и возврата источника в исходное положение (в место хранения) в радиационную головку при помощи дистанционного пульта управления.

Радиационная головка состоит из уранового блока защиты с ползуном и держателем источника и предназначена для хранения и перемещения источника излучения в положение просвечивания. Направляющая головка состоит из корпуса с двумя каналами, магнита для фиксации ползуна и муфты для подсоединения ампулопровода или коллиматора и служит приемником для ползуна при перемещении источника. Ампулопровод представляет собой металлический рукав с пластиковым покрытием и служат для направленного перемещения держателя с источником. Коллиматоры представляют собой защитный блок с окнами различной конфигурации и позволяют за счет перестановки вкладышей получать ту или иную форму и направление пучка гамма-излучения в процессе контроля изделия. Источник гамма-излучения типа ГIR 2.013.1 по ГОСТ 16.003-84 содержит радионуклид иридий-192, помещенный в двойную герметично заваренную цилиндрическую капсулу из нержавеющей стали.

Недостатки известного устройства "Гаммарид-192" в основном обусловливаются использованием в качестве источника излучения радионуклида иридий-192, несмотря на достигнутую в настоящее время наиболее высокую для дефектоскопических источников удельную активность (500 Ки/г), и заключаются в следующем.

Наличие в энергетическом спектре радионуклида иридий-192 линий с энергией излучения в диапазоне от 0,201 до 1,06 МэВ (эффективная энергия 0,353 МэВ) требует увеличения толщины защитного слоя блока защиты, что значительно увеличивает габариты и вес радиационной головки. Так, при активности источника иридий-192 120 Ки вес радиационной головки составляет 16 кг при габаритах 240 х110х115 мм. В свою очередь жесткие энергетические линии в спектре радионуклида иридий-192 обусловливают недостаточную (до 2%) чувствительность радиографического контроля и особенно в диапазоне толщин от 5 до 25 мм (по стали). Период полураспада радионуклида иридий-192 всего 74,02 сут, что требует частой замены распадающихся источников излучения.

Известны источники, полученные на основе радионуклида селен-75 (Румянцев С. В. Штань А.С. Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М. Энергоиздат, 1982, с.50), которые позволяют контролировать стальные изделия в диапазоне толщин от 5 до 25 мм более эффективно с чувствительностью до 1%
Основные линии энергетического спектра радионуклида селен-75 находятся в диапазоне от 0,066 до 0,401 МэВ (эффективная энергия 0,217 МэВ), что позволяет существенно снизить толщину защитного слоя блока защиты радиационной головки и уменьшить размеры и вес всего устройства. Период полураспада радионуклида селен-75 составляет 118,5 сут, что в 1,6 раза больше, чем у иридия-192.

Однако существующие в настоящее время источники излучения на основе радионуклида селен-75 имеют существенные недостатки, содержащие их широкое применение для промышленной радиографии. Активная часть источника излучения изготавливается из оксида селена, что не позволяет получить удельную активность более 5 Кu/г и, как следствие, обусловливает большие размеры активной части (источник активностью 4,3 Ки имеет размер ⊘7,5 x7 мм), что значительно ухудшает чувствительность контроля за счет увеличения геометрической нерезкости. Увеличение фокусного расстояния (расстояние источник-пленка) для уменьшения геометрической нерезкости существенно снижает производительность контроля и затрудняет его проведение в стесненных условиях, в труднодоступных местах. Значительные габариты источника влекут за собой необходимость увеличения диаметра канала блока защиты радиационной головки, что приводит к увеличению массы и габаритов гамма-дефектоскопа.

Радионуклид селен-75 получается в ядерном реакторе при захвате тепловых нейтронов мишенью со стабильным изотопом селен-74. Из-за очень низкого содержания изотопа селен-74 в природной смеси стабильных изотопов селена (селен-74 0,87% селен 76 9,02% селен-77 7,58% селен-78 23,52% селен-80 49,82% и селен-82 9,19%) достигнуть высокой удельной активности (более 5 Ки/г) источника с радионуклидом селен-75 не представляется возможным. Так как величина удельной активности радионуклида определяет качество и производительность гамма-дефектоскопа, существующие источники на основе радионуклида селен-75 не обеспечивают требуемой чувствительности и производительности контроля и, таким образом, не позволяют исключить указанные недостатки прототипа. Увеличение значения удельной активности радионуклида селен-75 можно обеспечить за счет увеличения содержания изотопа селен-74 в облучаемой мишени.

Для обогащения стабильных изотопов селена и, в частности, селена-74 используется электромагнитный метод разделения (Кощеев Н.А. Дергачев В.А. Электролитное разделение изотопов и изотопный анализ. М. Энергоатомиздат, 1989).

Этот метод не обеспечивает обогащения более 50% что не позволяет получить удельную активность источника излучения, соизмеримую с удельной активностью источника, используемого в прототипе (500 Ки/г).

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении массы и габаритов радиационной головки гамма-дефектоскопа, а также в улучшении чувствительности и повышении производительности контроля за счет уменьшения размера активной части источника излучения путем увеличения его удельной активности.

Указанный технический эффект достигается за счет того, что в устройстве для радиационного контроля (гамма-дефектоскопе), содержащим радиационную головку с источником гамма-излучения, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры, источник выполнен в виде двух капсул, внешней из нержавеющей стали, заваренной аргоно-дуговой сваркой, и внутренней из титана, заваренной лазерной сваркой, содержащей многократно запресованный до плотности не менее 3 г/см³ и облученный в реакторном потоке тепловых нейтронов плотностью не менее 10¹⁵ Н/см² ·с металлический селен-74, полученный разложением гексафторида селена, обогащенного на каскаде газовых центрифуг по молекуле SeF до содержания стабильного изотопа селен-74 не менее 96%
Указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата, получаемого при использовании изобретения. Это можно показать следующим образом.

Две капсулы обеспечивают герметичность источника, что исключает попадание радиоактивных продуктов в окружающую среду. Материал внешней капсулы нержавеющая сталь обусловливается заданной механической прочностью и коррозионной стойкостью, заваривается аргоно-дуговой сваркой. Внутренняя капсула из титана, так как он химически не реагирует с металлическим селеном и не активируется в реакторе, заваривается лазерной сваркой, поскольку металлический селен имеет температуру плавления 217^оС, является химически активным и при повышенной температуре во время заварки может реагировать с материалом капсулы, а в случае лазерной сварки значительно упрощается отвод тепла по сравнению с аргоно-дуговой сваркой. Отвод тепла также необходим при облучении мишени со стартовым материалом (стабильным изотоп селен-74) в реакторе и при заварке облученной активной части (радиоактивного изотопа селен-75) в капсулу из нержавеющей стали.

Процесс центробежного разделения на газовых центрифугах позволяет обеспечить обогащение стабильного изотопа селен-74 не менее чем 96% При этом в качестве рабочего вещества для разделения изотопов селена может служить гексафторид селена SeF₆. Высокая химическая чистота гексафторида селена, получаемого путем фторирования металлического селена, обеспечивает эффективность центробежного метода выделения обогащенного изотопа селен-74.

Многократная запрессовка до плотности не менее 3 г/см³ и облучение при постоянном отводе тепла обогащенного по изотопу селен-74 металлического селена в реакторном потоке тепловых нейтронов плотностью не менее 10¹⁵ н/см² ·с обеспечивают достижение максимально возможной удельной активности на единицу объема и позволяет в конечном итоге обеспечить заданную активность при малых габаритах активной части.

Таким образом, приведенные существенные признаки заявленного устройства в своем конструктивно-функциональном единстве позволяют обеспечить указанный технический эффект.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение является новым и явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо для указанных целей, т.е. соответствует критериям изобретения.

В настоящее время проведены сравнительные испытания гамма-дефектоскопов с источником иридий-192 (Гаммарид-192) и с источником селен-75. Радиационная головка с источником селен-75 активностью 100 Ки имеет вес 6 кг при габарите 205 x15x 75 мм, при этом чувствительность контроля стали в диапазоне толщин 5-25 мм составила 1%

Сущность изобретения: устройство для радиационного контроля содержит радиационную головку с источником гамма-излучения, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры. Источник выполнен в виде двух капсул, внешней, например, из нержавеющей стали, заваренной аргоно-дуговой сваркой, и внутренней, например, из титана, заваренной лазерной сваркой и содержащей многократно запрессованный до плотности не менее 3,0 г/см³ и облученный при постоянном отводе тепла в реакторном потоке тепловых нейтронов плотностью не менее 10^1 5 Н/см² • с металлический селен, обогащенный на каскаде газовых центрифуг по молекуле ^7 4 SeF ₆ до содержания стабильного изотопа селен - 74 не менее 96%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ, содержащее радиационную головку с источником гамма-излучения в двух капсулах, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры, отличающееся тем, что в качестве источника гамма-излучения используют источник на основе радионуклида с высокой удельной активностью, полученный в результате облучения при постоянном отводе тепла в потоке нейтронов плотностью не менее 10^1 5 н/см².с металлического селена, обогащенного на каскаде газовых центрифуг по молекуле ^7 4 SeF₆ до содержания ^7 4 Se не менее 96% и многократно запрессованного до плотности не менее 3 г/см³ в капсулу из титана, герметизированную лазерной сваркой, а внешняя капсула источника выполнена из коррозионно-стойкого и механически прочного материала и герметизирована аргонодуговой сваркой.