Устройство для радиационного контроля

 

Сущность изобретения: устройство для радиационного контроля содержит радиационную головку с источником гамма-излучения, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры. Источник выполнен в виде двух капсул, внешней, например, из нержавеющей стали, заваренной аргоно-дуговой сваркой, и внутренней, например, из титана, заваренной лазерной сваркой и содержащей многократно запрессованный до плотности не менее 3,0 г/см³ и облученный при постоянном отводе тепла в реакторном потоке тепловых нейтронов плотностью не менее 10¹⁵ Н/см² с металлический селен, обогащенный на каскаде газовых центрифуг по молекуле ⁷⁴ SeF ₆ до содержания стабильного изотопа селен - 74 не менее 96%.

Изобретение относится к области радиационного неразрушающего контроля в различных технических направлениях, в том числе к приборам радионуклидной дефектоскопии, а точнее к гамма-дефектоскопам.

Известны гамма-дефектоскопы, состоящие из источника гамма-излучения, устройств для хранения, перемещения источника и формирования пучка излучения (ГОСТ 23764-79, Гамма-дефектоскопы. Общие технические условия. Сулькин А.Г. Ивлев Б. В. Гамма-дефектоскопы для промышленной радиографии. Препринт. М. ВНИИРТ, 1967).

Широко используются промышленно освоенные унифицированные гамма-дефектоскопы типа "Гаммарид" с источником гамма-излучения на основе радионуклида иридий-192 (Жуковский Е.А. и др. Современные методы и средства радионуклидной дефектоскопии для народного хозяйства. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Радиационная техника, вып.30, М. Энергоатомиздат, 1985, с. 57).

К недостаткам известных дефектоскопов относятся значительные масса и габариты радиационной головки, недостаточные чувствительность и производительность контроля, особенно при контроле толщин в диапазоне от 5 до 25 мм по стали.

В качестве прототипа был выбран гамма-дефектоскоп типа "Гаммарид-192" (Гамма-дефектоскоп типа "Гаммарид-192". Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1.570.000 ТО, 1982, Румянцев C. В. Штань А.С. Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М. Энергоиздат, 1982, с. 54). В состав гамма-дефектоскопа "Гаммарид-192" входят радиационная головка с источником гамма-излучения на основе радионуклида иридий-192, направляющая головка, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры.

Работа устройства происходит путем выдвижения источника излучения из радиационной головки по ампулопроводу в коллиматор, просвечивания контролируемого объекта на радиографическую пленку и возврата источника в исходное положение (в место хранения) в радиационную головку при помощи дистанционного пульта управления.

Радиационная головка состоит из уранового блока защиты с ползуном и держателем источника и предназначена для хранения и перемещения источника излучения в положение просвечивания. Направляющая головка состоит из корпуса с двумя каналами, магнита для фиксации ползуна и муфты для подсоединения ампулопровода или коллиматора и служит приемником для ползуна при перемещении источника. Ампулопровод представляет собой металлический рукав с пластиковым покрытием и служат для направленного перемещения держателя с источником. Коллиматоры представляют собой защитный блок с окнами различной конфигурации и позволяют за счет перестановки вкладышей получать ту или иную форму и направление пучка гамма-излучения в процессе контроля изделия. Источник гамма-излучения типа ГIR 2.013.1 по ГОСТ 16.003-84 содержит радионуклид иридий-192, помещенный в двойную герметично заваренную цилиндрическую капсулу из нержавеющей стали.

Недостатки известного устройства "Гаммарид-192" в основном обусловливаются использованием в качестве источника излучения радионуклида иридий-192, несмотря на достигнутую в настоящее время наиболее высокую для дефектоскопических источников удельную активность (500 Ки/г), и заключаются в следующем.

Наличие в энергетическом спектре радионуклида иридий-192 линий с энергией излучения в диапазоне от 0,201 до 1,06 МэВ (эффективная энергия 0,353 МэВ) требует увеличения толщины защитного слоя блока защиты, что значительно увеличивает габариты и вес радиационной головки. Так, при активности источника иридий-192 120 Ки вес радиационной головки составляет 16 кг при габаритах 240 х110х115 мм. В свою очередь жесткие энергетические линии в спектре радионуклида иридий-192 обусловливают недостаточную (до 2%) чувствительность радиографического контроля и особенно в диапазоне толщин от 5 до 25 мм (по стали). Период полураспада радионуклида иридий-192 всего 74,02 сут, что требует частой замены распадающихся источников излучения.

Известны источники, полученные на основе радионуклида селен-75 (Румянцев С. В. Штань А.С. Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М. Энергоиздат, 1982, с.50), которые позволяют контролировать стальные изделия в диапазоне толщин от 5 до 25 мм более эффективно с чувствительностью до 1% Основные линии энергетического спектра радионуклида селен-75 находятся в диапазоне от 0,066 до 0,401 МэВ (эффективная энергия 0,217 МэВ), что позволяет существенно снизить толщину защитного слоя блока защиты радиационной головки и уменьшить размеры и вес всего устройства. Период полураспада радионуклида селен-75 составляет 118,5 сут, что в 1,6 раза больше, чем у иридия-192.

Однако существующие в настоящее время источники излучения на основе радионуклида селен-75 имеют существенные недостатки, содержащие их широкое применение для промышленной радиографии. Активная часть источника излучения изготавливается из оксида селена, что не позволяет получить удельную активность более 5 Кu/г и, как следствие, обусловливает большие размеры активной части (источник активностью 4,3 Ки имеет размер 7,5 x7 мм), что значительно ухудшает чувствительность контроля за счет увеличения геометрической нерезкости. Увеличение фокусного расстояния (расстояние источник-пленка) для уменьшения геометрической нерезкости существенно снижает производительность контроля и затрудняет его проведение в стесненных условиях, в труднодоступных местах. Значительные габариты источника влекут за собой необходимость увеличения диаметра канала блока защиты радиационной головки, что приводит к увеличению массы и габаритов гамма-дефектоскопа.

Радионуклид селен-75 получается в ядерном реакторе при захвате тепловых нейтронов мишенью со стабильным изотопом селен-74. Из-за очень низкого содержания изотопа селен-74 в природной смеси стабильных изотопов селена (селен-74 0,87% селен 76 9,02% селен-77 7,58% селен-78 23,52% селен-80 49,82% и селен-82 9,19%) достигнуть высокой удельной активности (более 5 Ки/г) источника с радионуклидом селен-75 не представляется возможным. Так как величина удельной активности радионуклида определяет качество и производительность гамма-дефектоскопа, существующие источники на основе радионуклида селен-75 не обеспечивают требуемой чувствительности и производительности контроля и, таким образом, не позволяют исключить указанные недостатки прототипа. Увеличение значения удельной активности радионуклида селен-75 можно обеспечить за счет увеличения содержания изотопа селен-74 в облучаемой мишени.

Для обогащения стабильных изотопов селена и, в частности, селена-74 используется электромагнитный метод разделения (Кощеев Н.А. Дергачев В.А. Электролитное разделение изотопов и изотопный анализ. М. Энергоатомиздат, 1989).

Этот метод не обеспечивает обогащения более 50% что не позволяет получить удельную активность источника излучения, соизмеримую с удельной активностью источника, используемого в прототипе (500 Ки/г).

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении массы и габаритов радиационной головки гамма-дефектоскопа, а также в улучшении чувствительности и повышении производительности контроля за счет уменьшения размера активной части источника излучения путем увеличения его удельной активности.

Указанный технический эффект достигается за счет того, что в устройстве для радиационного контроля (гамма-дефектоскопе), содержащим радиационную головку с источником гамма-излучения, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры, источник выполнен в виде двух капсул, внешней из нержавеющей стали, заваренной аргоно-дуговой сваркой, и внутренней из титана, заваренной лазерной сваркой, содержащей многократно запресованный до плотности не менее 3 г/см³ и облученный в реакторном потоке тепловых нейтронов плотностью не менее 10¹⁵ Н/см² с металлический селен-74, полученный разложением гексафторида селена, обогащенного на каскаде газовых центрифуг по молекуле SeF до содержания стабильного изотопа селен-74 не менее 96% Указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата, получаемого при использовании изобретения. Это можно показать следующим образом.

Две капсулы обеспечивают герметичность источника, что исключает попадание радиоактивных продуктов в окружающую среду. Материал внешней капсулы нержавеющая сталь обусловливается заданной механической прочностью и коррозионной стойкостью, заваривается аргоно-дуговой сваркой. Внутренняя капсула из титана, так как он химически не реагирует с металлическим селеном и не активируется в реакторе, заваривается лазерной сваркой, поскольку металлический селен имеет температуру плавления 217^оС, является химически активным и при повышенной температуре во время заварки может реагировать с материалом капсулы, а в случае лазерной сварки значительно упрощается отвод тепла по сравнению с аргоно-дуговой сваркой. Отвод тепла также необходим при облучении мишени со стартовым материалом (стабильным изотоп селен-74) в реакторе и при заварке облученной активной части (радиоактивного изотопа селен-75) в капсулу из нержавеющей стали.

Процесс центробежного разделения на газовых центрифугах позволяет обеспечить обогащение стабильного изотопа селен-74 не менее чем 96% При этом в качестве рабочего вещества для разделения изотопов селена может служить гексафторид селена SeF₆. Высокая химическая чистота гексафторида селена, получаемого путем фторирования металлического селена, обеспечивает эффективность центробежного метода выделения обогащенного изотопа селен-74.

Многократная запрессовка до плотности не менее 3 г/см³ и облучение при постоянном отводе тепла обогащенного по изотопу селен-74 металлического селена в реакторном потоке тепловых нейтронов плотностью не менее 10¹⁵ н/см² с обеспечивают достижение максимально возможной удельной активности на единицу объема и позволяет в конечном итоге обеспечить заданную активность при малых габаритах активной части.

Таким образом, приведенные существенные признаки заявленного устройства в своем конструктивно-функциональном единстве позволяют обеспечить указанный технический эффект.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение является новым и явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо для указанных целей, т.е. соответствует критериям изобретения.

В настоящее время проведены сравнительные испытания гамма-дефектоскопов с источником иридий-192 (Гаммарид-192) и с источником селен-75. Радиационная головка с источником селен-75 активностью 100 Ки имеет вес 6 кг при габарите 205 x15x 75 мм, при этом чувствительность контроля стали в диапазоне толщин 5-25 мм составила 1%

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ, содержащее радиационную головку с источником гамма-излучения в двух капсулах, дистанционный пульт управления, гибкий ампулопровод и коллиматоры, отличающееся тем, что в качестве источника гамма-излучения используют источник на основе радионуклида с высокой удельной активностью, полученный в результате облучения при постоянном отводе тепла в потоке нейтронов плотностью не менее 10¹⁵ н/см².с металлического селена, обогащенного на каскаде газовых центрифуг по молекуле ⁷⁴ SeF₆ до содержания ⁷⁴ Se не менее 96% и многократно запрессованного до плотности не менее 3 г/см³ в капсулу из титана, герметизированную лазерной сваркой, а внешняя капсула источника выполнена из коррозионно-стойкого и механически прочного материала и герметизирована аргонодуговой сваркой.