Объемный источник гамма-излучения

Полезная модель относится к объемным источникам гамма-излучения, предназначенным для моделирования радиоактивных объектов окружающей среды произвольной формы. Объемный источник состоит из нерадиоактивного материала с равномерно распределенными в нем радионуклидами с заданной удельной активностью, помещенного в оболочку. Особенность заявляемой конструкции состоит в том, что, с целью обеспечить возможность легко изменять размеры и форму объемного источника, материал источника выполнен в виде прочных гранул, обладающих свойством сыпучести, значение эффективного атомного номера материала источника близко к значению эффективного атомного номера материала объекта, а форма оболочки источника близка к форме объекта.

Полезная модель относится к радионуклидным источникам ионизирующих излучений, предназначенным для использования в метрологических целях.

Радионуклидные источники с нормированными метрологическими характеристиками широко применяются в различных областях науки и техники, в частности, при калибровке средств измерений ионизирующих излучений для радиационного контроля объектов окружающей среды.

Для радиационного контроля объектов окружающей среды необходимо иметь объемные источники гамма-излучения с известной удельной активностью радионуклидов, размеры и форма которых максимально приближены к размерам и форме объектов. Кроме того, необходимо учитывать ослабление гамма-излучения при прохождении через толщу вещества объекта и источника. Потери энергии гамма - квантов при прохождении через вещество обусловлены несколькими физическими процессами /1/ (фотоэффект, эффект Комптона, образование электронно-позитронных пар) и существенным образом зависят от атомного номера вещества Z. Таким образом, для обеспечения заданной точности измерений необходимо иметь источник сравнения с эффективным значением атомного номера материала, близким к атомному номеру материала объекта (эффективный атомный номер - атомный номер условного химического элемента, для которого коэффициент передачи энергии ионизирующего излучения, рассчитанный на один электрон, такой же, как у данного сложного вещества /2/).

Известны объемные источники гамма-излучения, состоящие из нерадиоактивных материалов с равномерно распределенными в них радионуклидами. В частности, известен источник излучения, состоящий из пластиковой оболочки, заполненной жидкостью с растворенным в ней радионуклидом /3/. Положительным свойством данного решения является возможность получения источников практически любой формы. Недостатком является сложность работы с радиоактивными жидкостями, опасность их разлива и утечек.

Известен источник излучения /4/, выбранный в качестве прототипа, состоящий из твердого материала - пластмассы с равномерно распределенным в ней радионуклидом, помещенной в герметичную пластиковую оболочку и металлическую капсулу. Недостатком данного решения является то, что форма и размеры источника не могут быть изменены после отверждения материала и жестко привязаны к конкретным видам аппаратуры.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы обеспечить возможность легко изменять размеры и форму объемного источника в соответствии с размерами и формой объекта, сохраняя при этом метрологические характеристики источника, а именно: равномерное распределение радионуклидов по объему, удельную активность, эффективное значение атомного номера материала. Технический результат, соответственно, заключается в повышении за счет этого точности проводимых измерений и улучшения условий труда оператора.

Заявляемая полезная модель, как и прототип, представляет собой оболочку, заполненную нерадиоактивным материалом с равномерно распределенными в нем радионуклидами.

Отличие заявляемой полезной модели от прототипа состоит в том, что материал источника выполнен в виде гранул, сохраняющих свою форму, размеры и состав в течение всего срока службы и обладающих свойством сыпучести 151. Гранулы насыпают в оболочку, форма внутренней полости которой максимально приближена к форме объекта. Эффективное значение атомного номера материала источника выбирают близким к значению атомного номера материала объекта измерений.

Заявляемая полезная модель сохраняет положительные свойства твердотельных источников (прочность, однородность и неизменность состава) и жидкостных источников (легкость изменения формы) и одновременно устраняет присущие им недостатки.

Известно применение материалов в виде гранул в металлургии, химической промышленности, производстве строительных материалов и других областях. Для изготовления объемных источников гамма - излучения материал в виде гранул применен впервые.

В различных вариантах исполнения объемных источников могут быть использованы гранулы из эпоксидной, полиэфирной или ионообменной смолы, пластмассы, композитных материалов сложного состава, с модифицирующими добавками для изменения эффективного атомного номера материала. В качестве таких добавок можно использовать, например, мелкодисперсный порошок из стекла, алюминия, железа, кремния, мела и др.

Объемные источники, изготавливаемые в соответствии с заявляемой полезной моделью, могут содержать один или несколько радионуклидов в зависимости от их предполагаемого назначения. Для целей радиационного контроля объектов окружающей среды, например, строительных материалов, наибольшее практическое значение имеют источники с природными радионуклидами торий-232, радий-226 и калий-40. Допустимое содержание этих радионуклидов установлено нормами радиационной безопасности 161.

В источниках, содержащих радионуклид радий-226, необходимо обеспечить сохранение равновесия материнского радионуклида с дочерними продуктами радиоактивного распада. Это связано с тем, что активность радионуклида радий-226, из-за слабого собственного гамма-излучения, обычно измеряют по гамма-излучению дочерних продуктов распада, например, изотопа висмута-214 (линия 609 кэВ) в предположении их радиоактивного равновесия. Согласно схеме радиоактивного распада 111, радий-226 путем альфа-распада превращается в радон-222, инертный газ с высокой проникающей способностью. Если газ радон-222 по мере своего образования выходит из источника в атмосферу, то радиоактивное равновесие в цепочке распада нарушается, что приводит к неконтролируемой погрешности результатов измерений. Использование такого источника в метрологических целях невозможно.

Для проверки возможности изготовления источников с радионуклидом радий-226 в соответствии с заявляемой полезной моделью, было проведено сравнение значения удельной активности радионуклида радия-226 в гранулах, полученного путем измерений по собственному гамма-излучению, и значения удельной активности, полученного путем измерений по гамма-излучению изотопа висмут-214. Показано, что в пределах погрешности измерений (7%) оба значения совпадают. Это свидетельствует об отсутствии значимой эманации радона-222 из гранул в процессе срока службы источника.

Предлагаемый объемный источник гамма-излучения в соответствии с заявленным решением разработан для серийного производства с использованием типовых технологий и стандартного оборудования.

Литература

1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика, книга 1, часть 1. Москва, Энергоатомиздат, 1993.

2. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

3. United States Patent 4,033,884. July 5, 1977. Calibration source.

4. Патент RU 94027328 A1. Источник излучения для контроля медицинских гамма - камер и способ его изготовления. Дата публикации заявки 10.05.1996.

5. С.В. Першина, А.В. Каталымов, В.Г. Однолько, В.Ф. Першин. Весовое дозирование зернистых материалов. Москва, "Машиностроение", 2009.

6. СанПин 2.6.1.2523-09. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009).

7. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. академика И.К. Кикоина. Москва, Атомиздат, 1976 г.

1. Объемный источник гамма-излучения для моделирования радиоактивных объектов окружающей среды произвольной формы, состоящий из нерадиоактивного материала с равномерно распределенными в нем радионуклидами с заданной удельной активностью, помещенного в оболочку, отличающийся тем, что нерадиоактивный материал с равномерно распределенными в нем радионуклидами выполнен с возможностью придания источнику произвольной формы, определяемой геометрией внутренней полости оболочки, в виде прочных гранул, обладающих свойством сыпучести, значение эффективного атомного номера материала источника близко к значению эффективного атомного номера материала объекта, а форма оболочки источника близка к форме объекта.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что размеры гранул составляют от 1 мм до 15 мм.

3. Источник по п.1, отличающийся тем, что в качестве нерадиоактивного материала используют, например, эпоксидные, полиэфирные или ионообменные смолы, пластмассы, композитные материалы сложного состава, обладающие свойством удерживания радона-222 в объеме гранул, с модифицирующими добавками для получения заданного значения эффективного атомного номера материала.

4. Источник по п.3, отличающийся тем, что в качестве модифицирующих добавок для получения заданного значения эффективного атомного номера материала используют мелкодисперсный порошок, например из стекла, алюминия, железа, кремния, мела и др.