ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G21G4/04 

Изобретение относится к ядерной технике, преимущественно к области изготовления источников альфа-излучения для метрологического обеспечения измерений.

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).

Известен «Источник гамма-излучения с активным сердечником и способ его изготовления», при применении которого 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.

Такие сердечники разработаны как элементы конструкции органов регулирования работы реакторов, имеют не постоянный спектр и энергию у-излучения, произвольную конфигурацию дозного поля.

Это обусловлено тем, что при использовании смеси изотопов европия и кобальта, герметизированных в оболочку из стали 06X18N10T, облучение в реакторе приводит к накоплению в источнике большого количества нуклидов, имеющих различные периоды полураспада.

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. (Патент РФ на изобретение №2035076)

Выше описанные способы не могут быть использованы при изготовлении источников альфа-излучения с заданными характеристиками по конфигурации дозного поля и имеющие равномерный спектр альфа-излучения по площади.

Известен «Способ изготовления источника позитронов», включающий нанесение радионуклида на подложку, ее размещение в корпусе источника с окном из фольги и последующей герметизацией подложки с радионуклидом в корпусе источника, при этом радионуклид на подложку наносят электролитическим методом и закрывают его на подложке радиационно стойкой пленкой с клеящимся слоем, а в качестве радионуклида используют германий-68, находящийся в равновесии с дочерним радионуклидом галлий-68. (Патент РФ на изобретение №2278431, Заявка: 2004124883/06, 17.08.2004. МПК: G21G 4/04-прототип).

Основными недостатками являются направленность излучения только в одну сторону, сложность конструкции, невозможность применения данной конструкции для контроля альфа-загрязненности твэлов.

Для поверки системы контроля альфа-загрязненности твэлов, а также для контроля их работоспособности целесообразно использовать контрольные образцы в виде твэлов со встроенными в них цилиндрическими источниками альфа-излучения. Изготовление цилиндрических источников возможно технологически и уже реализовано. Однако, в процессе эксплуатации происходит изменение характеристик источников, что требует проведения их периодической аттестации, и, кроме того, образцовые средства измерения предназначены для работы с источниками излучения с плоской излучающей поверхностью, что делает задачу аттестации цилиндрических источников, в настоящее время невыполнимой.

Задачей предлагаемого изобретения является создание источника альфа-излучения с цилиндрической излучающей поверхностью и способа его метрологической поверки для обеспечения стабильности результатов контроля альфа-загрязненности твэлов.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном источнике альфа-излучения, содержащем корпус, подложку с нанесенным на нее альфа-активным веществом, согласно изобретению, корпус выполнен разъемным в виде соединенных между собой втулки и гайки с профилированными наружными поверхностями, образующими внутри корпуса внутреннюю профилированную полость с торцовыми радиальными канавками на внутренних торцовых сторонах гайки и втулки, при этом подложка выполнена в виде цилиндра из гибкой упругой фольги, имеющей возможность неоднократного сворачивания в цилиндр, и установлена в упомянутые торцовые канавки на внутренних поверхностях втулки и гайки, при этом указанный цилиндр из гибкой упругой фольги закрыт сверху перфорированным сепаратором, установленным между наружными торцовыми поверхностями втулки и гайки, и изготовленным, преимущественно, из фрагмента твэльной трубы.

Предложен способ метрологического обеспечения указанного источника, заключающийся в установке его подложки в оборудование для ее поверки и последующей поверке подложки, при использовании которого, согласно изобретению, перед поверкой подложку извлекают из корпуса, распрямляют из цилиндрической формы в форму плоской пластины, и устанавливают в приспособление для поверки, представляющее собой металлическое основание с боковыми фиксаторами подложки и торцевым упором с одной стороны и подпружиненным с другой.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показано схематическое изображение подложки, где В=2πR_из., a R_из. - радиус излучающей части цилиндрического источника, на фиг. 2 представлена схема цилиндрического источника, на фиг. 3 - показана схема носителя контрольных образцов, на фиг. 4 - приведена схема приспособления для поверки источника.

На фигурах обозначено:

1 - втулка;

2 - гайка;

3 - подложка с излучающим составом;

4 - сепаратор;

5 - основание;

6 - направляющие;

7 - подпружиненный фиксатор;

8 - торцевой упор;

R_из. - радиус излучающей части цилиндрического источника;

D_т - диаметр твэла;

А' - длина излучающей части цилиндрического источника (А'<А).

Источник альфа-излучения выполняется путем осаждения активного материала на гибкую металлическую фольгу, например, алюминиевую или латунную, с толщиной, обеспечивающей ее многократное свертывание в цилиндр и развертывание без остаточных деформаций. Геометрически подложка выполняется в виде прямоугольника, изображенного на фиг. 1, со следующими геометрическими размерами: А - длина по источнику, В - ширина, соответствующая длине окружности излучающей зоны источника.

Втулка 1 по своей оси оснащена резьбой для стыковки с фрагментами контрольного образца (имитатора твэла).

Гайка 2, при помощи резьбового соединения, фиксирует свернутую цилиндром подложку 3 с излучающим составом при помощи кольцевого паза, с одновременной фиксацией сепараторов 4. Сепараторы представляют собой фрагменты чехловой трубы твэла с перфорацией, степень которой определяет результирующий выход альфа-частиц.

Используются подложки с радиоактивным составом одинаковой активности, и, применяя сепараторы с различной степенью перфорации, имеется возможность построения на одном носителе контрольных образцов альфа-активности требуемой шкалы воспроизведения активности, с равноотстоящими друг от друга реперными точками.

Повторная аттестация может выполняться следующим образом:

- контрольные образцы (цилиндрические источники) демонтируют из носителя;

- подложки с активным веществом извлекают из источников;

- подложки поочередно устанавливают для поверки в поверочную установку;

- после поверки выполняют сборку источников и, с учетом их реальной активности и степени перфорации, устанавливают характеристики цилиндрических источников.

Путем нажатия фиксатора 7, подложку вводят в пазы направляющих до касания торцевого упора 8. При отпускании фиксатора, обеспечивают фиксацию подложки в неподвижном положении. Извлечение подложки возможно либо в обратном порядке, либо снятием торцевого упора 8.

Использование предложенного технического решения позволит создать источник альфа-излучения с цилиндрической излучающей поверхностью и способ его поверки для обеспечения стабильности результатов контроля альфа-загрязненности твэлов и упростить процесс выполнения периодической аттестации источников излучения с цилиндрической излучающей поверхностью.

Группа изобретений относится к ядерной технике. Сущность изобретения заключается в том, что корпус источника альфа-излучения выполнен разъемным в виде соединенных между собой втулки и гайки с профилированными наружными поверхностями, образующими внутри корпуса внутреннюю профилированную полость с торцовыми радиальными канавками на внутренних торцовых сторонах гайки и втулки, подложка выполнена в виде цилиндра из гибкой упругой фольги, имеющей возможность неоднократного сворачивания в цилиндр, и установлена в торцовые канавки на внутренних поверхностях втулки и гайки, цилиндр из гибкой упругой фольги закрыт сверху перфорированным сепаратором, установленным между наружными торцовыми поверхностями втулки и гайки и изготовленным, преимущественно, из фрагмента твэльной трубы. Технический результат – обеспечение стабильности результатов контроля альфа-загрязненности твэлов, упрощение процесса выполнения периодической аттестации источников излучения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Источник альфа-излучения, содержащий корпус, подложку с нанесенным на нее альфа-активным веществом, отличающийся тем, что корпус выполнен разъемным в виде соединенных между собой втулки и гайки с профилированными наружными поверхностями, образующими внутри корпуса внутреннюю профилированную полость с торцовыми радиальными канавками на внутренних торцовых сторонах гайки и втулки, при этом подложка выполнена в виде цилиндра из гибкой упругой фольги, имеющей возможность неоднократного сворачивания в цилиндр, и установлена в упомянутые торцовые канавки на внутренних поверхностях втулки и гайки, при этом указанный цилиндр из гибкой упругой фольги закрыт сверху перфорированным сепаратором, установленным между наружными торцовыми поверхностями втулки и гайки и изготовленным, преимущественно, из фрагмента твэльной трубы.

2. Способ метрологического обеспечения источника по п. 1, заключающийся в установке его подложки в оборудование для ее поверки и последующей поверки подложки, отличающийся тем, что перед поверкой подложку извлекают из корпуса, распрямляют из цилиндрической формы в форму плоской пластины и устанавливают в приспособление для поверки, представляющее собой металлическое основание с боковыми фиксаторами подложки и торцевым упором с одной стороны и подпружиненным с другой.