СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СЕЛЕНА-75 Российский патент 2003 года по МПК G21G4/04 

Изобретение относится к ядерной технике и преимущественно к области изготовления источников гамма-излучения, используемых в различных областях промышленности, например, в гамма-дефектоскопии.

Селен-75 образуется по реакции ⁷⁴Se (n) ⁷⁵Se при облучении ⁷⁴Se в атомном реакторе. Он является уникальным излучателем "мягкого" гамма-излучения [Ез= 0,26; 0,28, 0,40 МэB]. Источники ионизирующего излучения, изготовленные на его основе, наиболее пригодны для использования в переносных дефектоскопах РИД-ИС/120/Р при дефектоскопии изделий толщиной до 30 мм в полевых условиях.

Известен способ изготовления источников α,γ-излучений, в которых облучают металлические кобальт, иридий, тулий, золото, предварительно загерметизированные в капсулу из алюминия или кварцевого стекла, с последующим удалением его из капсулы, в которой проводили облучение, а извлеченный из нее радиоактивный металл (материал сердечника) расфасовывают в специально изготовленные чистые капсулы и герметизируют для предотвращения попадания материала сердечника в окружающую среду (Обзор В.П. Сытина, Ф.П. Теплова, А.И. Меловатской "Современное состояние методов получения и конструирования радиоизотопных источников ионизирующих излучений" ч.II, ГОНГИ 1974).

Однако этот прием оказывается непригодным при изготовлении источников селена-75, так как в описанных способах капсулу, в которой проводили облучение, обычно удаляют. В связи с низкой температурой плавления селена (t_пл≈220^oС), высокой летучестью и сложностью обработки открытых препаратов селена, облучение его в реакторе можно проводить лишь в герметичном устройстве, которое в дальнейшем должно быть первой ампулой источника.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является "Способ производства источника гамма-излучений для дефектоскопа" патент 2054718, 1996 г. , в котором описана технология получения металлического селена-74 и последующего изготовления первой ампулы с селеном-74, включающий операции запрессовки селена до плотности не менее 3 г/см³ в капсулу из титана, герметизации ее лазерной сваркой, облучением в реакторе и герметизации во второй капсуле из нержавеющей стали.

При реализации предлагаемого способа были выявлены следующие недостатки.

В процессе облучения ампулы с селеном происходит ее разогрев до температуры 400^oС. При этой температуре селен взаимодействует с титаном ампулы с образованием сквозных свищей.

Плотное заполнение ампулы селеном приводило к тому, что в процессе облучения, за счет внутреннего давления паров селена, который плавится при 220^oC, происходила деформация капсулы из титана.

При облучении селена-74 по реакции ⁷⁴Se(n) ⁷⁵Se образуется сепен-75 (T_1/2= 119,8; Eγ=0,265÷0,4 МэВ). Одновременно в процессе облучения в ампуле из титана по реакции ⁴⁶Ti(n,р)⁴⁶Sc накапливается скандий-46 (T_1/2=83,8 суток Еγ= 0,9-1,1 МэВ). При этом гамма-активность скандия-46 оказывается соизмеримой с активностью селена-75 (T_1/2=l19,8 суток; Еγ=0,265÷О,4МэВ).

Это обстоятельство отрицательно влияет на разрешающую способность дефектоскопии и делает небезопасным использование таких источников в переносных дефектоскопах, защита которых рассчитана на торможение гамма-излучения с энергией ≤0,4 МэВ.

Вышеуказанные недостатки устранены в способе изготовления источников гамма-излучения с высокой удельной активностью и не искаженным за счет гамма-излучения материала капсулы спектром гамма-излучения селена-75.

Для этого прессуют таблетку селена-74 до плотности не менее 80% от теоретической, помещают ее в ампулу, внутренний объем которой рассчитывают так, чтобы при минимальных размерах ампулы обеспечить свободный объем, который позволит компенсировать без деформации избыточное давление, создающееся внутри герметичной ампулы при облучении, облучают в реакторе в режиме, обеспечивающем достижение удельной активности селена-75 не менее 1000 Ки/г, и герметизируют во второй ампуле, причем в качестве материала первой ампулы используют металлы, у которых при облучении в реакторе образуются лишь изотопы, имеющие энергию гамма-излучения меньше энергии гамма-излучения селена-75, или образуются радиоактивные изотопы с периодом полураспада менее одного часа.

Использование таких металлов позволит получить гамма-спектр источника, имеющего только спектральные линии селена-75, так как все их короткоживущие радиоактивные изотопы распадутся.

Для сравнения гамма-спектральных характеристик были изготовлены два источника селена-75 с внутренними ампулами из ванадия и титана.

Спектр гамма-излучения источника с внутренней ампулой из ванадия по энергиям соответствует спектру чистого селена-75, а в спектре источника с внутренней ампулой из титана присутствует линия скандия-46 с энергией Еγ= 0,9-1,1 МэВ, относительная гамма-активность которой соизмерима с гамма-активностью селена-75.

Изобретение относится к изготовлению источников гамма-излучения и позволяет повысить безопасность при работах с переносными дефектоскопами. Для этого прессуют таблетку селена-74 до плотности не менее 80% от теоретической, помещают ее в ампулу, внутренний объем которой рассчитывают так, чтобы при минимальных размерах ампулы обеспечить свободный объем, который позволит компенсировать без деформации избыточное давление, создающееся внутри герметичной ампулы при облучении, и обеспечить требуемую потребителем источников удельную мощность экспозиционной дозы не менее 5•10^-8 А/кг мм³ объема активной части, облучают в реакторе в режиме, обеспечивающем достижение удельной активности селена-75 не менее 1000 Ки/г, и герметизируют во второй ампуле, причем в качестве материала первой ампулы используют металлы, у которых при облучении в реакторе образуются лишь изотопы, имеющие энергию гамма-излучения меньше энергии гамма-излучения селена-75, или образуются радиоактивные изотопы с периодом полураспада менее 1 ч. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления источников гамма-излучения на основе селена-75 с энергией 0,26-0,4 МэВ, включающий операции прессования, герметизации обогащенного селена-74 в капсулу, облучения полученной ампулы в атомном реакторе и последующей герметизации облученной ампулы с селеном в капсуле из легированной стали, отличающийся тем, что прессуют таблетку селена-74 до плотности не менее 80% от теоретической, помещают ее в ампулу, внутренний объем которой рассчитывают так, чтобы при минимальных размерах ампулы обеспечить свободный объем, который позволит компенсировать без деформации избыточное давление, создающееся внутри герметичной ампулы при облучении, и обеспечить требуемую потребителем гамма-активность источников, облучают в реакторе в режиме, обеспечивающем достижение удельной активности селена-75 не менее 1000 Ки/г, и герметизируют во второй ампуле, причем в качестве материала первой ампулы используют металлы, у которых при облучении в реакторе образуются лишь изотопы, имеющие энергию гамма-излучения меньше энергии гамма-излучения селена-75, или образуются радиоактивные изотопы с периодом полураспада менее 1 ч. 2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что в качестве металла первой ампулы используют ванадий.