СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G21G4/04 

Изобретение относится к ядерной технике и преимущественно к области изготовления источников гамма-излучения медицинского и общепромышленного применения.

Известен способ изготовления источников гамма-излучения на основе кобальта-60 ["Радиоактивный кобальт-60", Атомиздат. 1967 г., с. 17-21], по которому заготовку металлического кобальта марки К-01, К-1 облучают в реакторе, а затем герметизируют в капсуле из алюминия или нержавеющей стали.

Данным способом возможно изготовление источников гамма-излучения с равномерной геометрией дозного поля. Работа по дистанционному изготовлению источника (сборка, герметизация и т.д.) возможна лишь при достаточно больших геометрических размерах сердечников (L ≥10 мм).

Патент N 2035076 "Источник гамма-излучения с активным сердечником и способ его изготовления", предложенный в качестве прототипа, описывает способ, когда сердечник формируется из смеси кобальта с оксидом европия или в цилиндр из кобальта запрессовывается оксид европия или смесь оксида европия с кобальтом. При этом плотность сердечника по длине источника остается постоянной. Это не позволит сформировать заданное распределение дозного поля при облучении источника в реакторе. Требование по соотношению диаметра цилиндра к диаметру втулки 0,4≤d_Ц/d_ВТ≤0,8 по мнению авторов и физической сущности патента должно обеспечить постоянную плотность оксида в сердечнике 1-5,5 г/см³ и высокую эффективность поглощения нейтронов 80-100% по сравнению с наиболее эффективным поглотителем нейтронов, использовавшимся ранее, - карбидом бора плотностью 1,6-2,2 г/см³.

Такие сердечники разработаны как элементы конструкции органов регулирования работы реакторов, имеют не постоянный спектр и энергию γ-излучения, произвольную конфигурацию дозного поля. Это обусловлено тем, что при использовании смеси изотопов европия и кобальта, герметизированных в оболочку из стали 06Х18N10Т, облучение в реакторе приводит к накоплению в источнике большого количества нуклидов, имеющих различные периоды полураспада (таблица).

Поэтому такие источники будут иметь изменяющиеся во время работы спектр и энергию излучения и могут использоваться лишь в установках стерилизации, где нет требований по сохранению постоянного спектра радионуклида излучателя и геометрии дозного поля.

Кроме этого, авторы патента предусматривают дополнительную герметизацию облученных ампул в наружный чехол, так как капсула источника при облучении в реакторе будет активироваться с образованием долгоживущих изотопов никеля и железа.

Выше описанные способы не могут быть использованы при изготовлении источников гамма-излучения с заданными характеристиками по конфигурации дозного поля и имеющие постоянный энергетический спектр гамма-излучения. Данные требования являются необходимыми при изготовлении источников медицинского назначения, используемых для лечения онкологических заболеваний различной локализации [О. А. Замятин "Стереотипные варианты дозных распределений при внутритканевой гамма-терапии источниками кобальта-60 с повышенной активностью на концах", Методические рекомендации, 1985 г.].

Целью изобретения является обеспечение надежного формирования дозного поля требуемой геометрии и необходимого соотношения активности концевых и центральных участков для источников индивидуального гамма-излучения радионуклидов кобальта-60, иридия-192, исключение трудно выполнимых операций дистанционной сборки в защитных камерах высокоактивных сердечников малых геометрических размеров.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления источников индивидуального гамма-излучения на основе иридия-192, кобальта-60 и других радионуклидов, включающем операции изготовления заготовок сердечника, активации их в реакторе и герметизации в капсуле, вначале рассчитывают массу и сечение отдельных заготовок сердечника в зависимости от величины и формы дозного поля, изготовленные заготовки собирают в капсулу, герметизируют и облучают в реакторе до получения требуемой активности источника. При этом в качестве материала капсул используют чистые титан, ванадий, золото, платину, алюминий и другие металлы, которые при облучении в реакторе дают незначительный вклад в гамма-спектр сердечника и позволяют после дезактивации обеспечить снимаемую загрязненность не более величин, установленных для каждой области применения источников.

В качестве примеров конкретного исполнения описаны используемый и заявляемый способы изготовления источников медицинского назначения на основе кобальта-60.

Источник медицинского назначения на основе кобальта-60 должен удовлетворять следующим требованиям:
длина источника - 35 мм;
диаметр источника - 1 мм;
длина активной части - 30 мм;
диаметр активной части - не более 0,6 мм;
общая активность - 100-110 МБк.

Удельная активность концевых участков (длиною 5 мм) должна быть в два раза больше активности центральной части источника.

При изготовлении источника по используемому способу из проволоки кобальта диаметром 0,5-0,6 мм вырезаются заготовки сердечника: 2 штуки по 5 мм каждая и 1 штука 20 мм. Заготовки помещают в отдельные облучательные сборки и активируют в реакторе: заготовки длиною 5 мм до 50-60 мБк/см, заготовки длиною 20 мм до 25-30 мБк/см. После активации облученные сборки вскрывают в защитной камере, сердечники извлекают и собирают источник, последовательно укладывая в капсулу из стали 12X18N10T вначале сердечник длиной 5 мм, затем 20 мм и вновь 5 мм. После сборки источники герметизируют в защитной камере, проверяют на герметичность и поверхностную загрязненность. Аттестацию источника проводят по общей активности и определению активности концевых и центральных участков.

При изготовлении источника по предлагаемому способу из проволоки кобальта диаметром 0,5 мм вырезают заготовки сердечника длиной 5 мм каждая, а из проволоки диаметром 0,31 мм - заготовку длиной 20 мм. В этом случае удельная масса концевых участков в 2 раза больше удельной массы центрального участка. Это обстоятельство позволяет при активации заготовок в одной сборке получать элементы сердечника, отличающиеся по активности в 2 раза. Заготовки сердечника укладывают в необходимой последовательности в капсулу из титана марки ВТ-0 или ВТ-1, герметизируют, проверяют герметичность и активируют в реакторе. После облучения сразу получается источник требуемой активности, у которого отношение удельной активности концевых участков к центральному равно 2.

Конструкция источника и конфигурация дозного поля такого источника приведены на чертеже.

Использование: в качестве источника гамма-излучения, в частности, для медицинских целей. Сущность изобретения: отдельные элементы заготовок сердечника предварительно рассчитывают по массе и сечению в зависимости от величины и требуемой конфигурации дозного поля. Затем заготовки собирают и герметизируют в капсуле из металла, мало активирующегося в реакторе. Полученную сборку облучают в реакторе до требуемых значений активности и после дезактивации используют как источник гамма-излучения. Технический результат заключается в обеспечении необходимого соотношения активности концевых и центральных участков источника для обеспечения формирования дозного поля требуемой геометрии. 1 табл., 1 ил.

Способ изготовления источника гамма-излучения, включающий операции изготовления сердечника из отдельных элементов, активацию элементов в реакторе и герметизацию их в капсуле, отличающийся тем, что отдельные элементы заготовок сердечника для источников кобальта-60, иридия-192 вначале рассчитывают по массе и сечению в зависимости от величины и требуемой конфигурации дозного поля, а после изготовления собирают и герметизируют в капсуле из металла, мало активирующегося в реакторе, полученную сборку облучают в реакторе до требуемых значений активности и после дезактивации используют как источник.