>> Источники рентгеновского излучения >> Радионуклидные источники излучения

Радионуклидные источники излучения

Это источники излучения, содержащие радиоактивный материал, т. е. материал (вещество), в состав которого входит радионуклид или радионуклиды. Радионуклид - это совокупность атомов с определенным числом протонов и нейтронов в ядре, обладающих радиоактивностью. При радиационном контроле используются исключительно искусственные радионуклиды, получаемые облучением неактивных заготовок в нейтронных потоках ядерных реакторов (например 60Со, 192Ir); разделением остаточных продуктов деления горючего ядерного реактора (137Cs, 90Sr); облучением неактивных заготовок - мишеней на циклотронах (55Fe, 54Mn).

Закрытый радионуклидный источник излучения представляет определенное количество радиоактивного нуклида или его соединения, помещенного в специальную герметичную капсулу (капсулы), препятствующую взаимным контактам радиоактивного материала с окружающей источник средой. Способ герметизации, материал и число капсул зависят от характеристик излучения, физического состояния (твердое вещество, порошок, жидкость) и свойств нуклидов. Радионуклиды являются активной частью источника излучения.

Рассмотрим характеристики радионуклидных источников излучения. Закон радиоактивного распада описывает распад ядер радионуклидов во времени: N = N0exp(—t), где N — число нераспавшихся ядер спустя время t; N0 — исходное число ядер радионуклида; — постоянная, характеризующая скорость радиоактивного распада. Период полураспада T1/2= (Ln2)/ = 0,693/ — время, в течение которого распадается половина ядер данного радионуклида.

Активность радионуклида - это отношение числа dN спонтанных ядерных переходов из определенного ядерно-энергетического состояния радионуклида в источнике, происходящих за интервал времени dt, к этому интервалу: A = dN/dt. В СИ активность радионуклида измеряется в беккерелях (Бк); 1 Бк — это активность нуклида в радионуклидном источнике, в котором за 1 секунду происходит один акт распада. Наряду с беккерелями широко используемой единицей активности радионуклида является кюри: 1 Ки=3,7*1010 Бк.

Удельная активность радионуклида — это отношение активности радионуклида в радиоактивном образце к массе образца. Объемной активностью радионуклида называют отношение активности радионуклида в радиоактивном образце к объему образца.
В зависимости от вида испускаемого источником ионизирующего излучения различают радионуклидные источники гамма-излучения, рентгеновского излучения и быстрых нейтронов.

Важными для радиационного контроля характеристиками радионуклидных источников излучения являются:

энергия Е (энергетический спектр) излучения, которая определяет его проникающую способность и выявляемость дефектов в объектах контроля различной толщины.
плотности и химического состава.
мощность экспозиционной дозы (МЭД) Р0 излучения на расстоянии 1 метр от источника, определяющая производительность контроля, требования к технике безопасности и защитным устройствам.
удельная активность радионуклида в источнике, определяющая размеры активной части источника и, следовательно, качество изображений дефектов.
период полураспада Т1/2, который определяет периодичность замены источников и затраты на их эксплуатацию.
размеры источников, определяющие технологичность контроля.

Радионуклидные источники гамма-излучения представляют собой капсулы, заполненные гамма-активным нуклидом. Спектр гамма-излучения таких источников линейчатый, т.е. состоит из набора излучения моноэнергетических фотонов с различной плотностью потока энергии излучения. Некоторые источники имеют непрерывный спектр, что обусловлено торможением бета-частиц в радиоактивном веществе и материале ампулы.

Источники гамма-излучения можно разделить на:

высокоэнергетические, например 60Со, 54Mn; Eэф>0,8 МэВ;
среднеэнергетические, например 192Ir, 137Cs; 0,3<Eэф>0,8 МэВ;
низкоэнергетические, например 170Tm, 75Se; Eэф<0,3 МэВ.

Эффективной энергией фотонного излучения Eэф называют энергию фотонов такого моноэнергетического излучения, относительное ослабление которого в поглотителе определенного состава и определенной толщины такое же, как у рассматриваемого не моноэнергетического излучения.
При радиационном контроле наиболее широко используют источники на основе следующих четырех нуклидов: 170Tm, 192Ir, 137Cs и 60Co.

Радионуклидные источники рентгеновского излучения представляют собой ампулы, заполненные бета-активным нуклидом и материалом мишени. Испускаемое нуклидом бета-излучение, взаимодействуя (затормаживаясь) с материалом мишени, генерирует рентгеновское излучение. Мишень может быть в жидкой фазе, и в этом случае радиоактивное вещество растворено в ней, может быть в порошкообразном состоянии - тогда оно перемешано с ней. Источник может быть также выполнен в виде двух контактирующих между собой пластин, одна из которых - мишень, другая - плоский бета-излучатель. В практике радиационного контроля чаще всего используют источники на основе радионуклидов 90Sr, 204Te, 147Pm, 75Fe.

Радионуклидные источники быстрых нейтронов конструктивно обычно представляют блок из бериллия габаритными размерами в несколько сантиметров, внутри которого в герметичной ампуле размещен нуклид альфа- или гамма-излучения с энергией частиц, превышающей порог реакций (, n) и (, n) на бериллии.

В зависимости от энергии альфа-частиц максимальная энергия нейтронов, возникающих в реакции (, n) на бериллии, боре и фторе, не превышает соответственно 10-12, 6 и 3 МэВ, а средняя энергия нейтронов этих источников соответственно равна 3,5-4,5; 2,5-3 и 1-1,5 МэВ.

К источникам нейтронов относятся также источники на основе радионуклидов 238Pu, 239Pu, 242Cm, 244Cm, 252Cf, способные спонтанно делить свои ядра.

Так как в практике радиационного контроля используют в основном тепловые нейтроны, то быстрые нейтроны, выходящие из источников, пропускают через замедлитель, выполненный из легких элементов. Физика процессов замедления такова, что поток тепловых нейтронов становится на три порядка меньше исходного потока быстрых нейтронов.