RU2196364C2

RU2196364C2 - Method for producing selenium base gamma-ray source

Info

Publication number: RU2196364C2
Application number: RU2001108917A
Authority: RU
Inventors: Я.Н. Гордеев; В.И. Карасев; Ю.Г. Топоров
Original assignee: Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2003-01-10

Abstract

FIELD: radiation technology. SUBSTANCE: selenium-74 pellet is compressed to minimum 80% of theoretical density, placed in capsule whose inner volume is calculated to ensure free space to enable compensation for gage pressure without deformation built up inside sealed capsule during irradiation at minimal size of capsule and to provide for source-user desired specific rate of exposure dose of minimum 5•10^-8 A/kg•mm³ of active part, then pellet is irradiated in reactor under conditions suited to attain specific activity of selenium-75 of minimum 1000 Ci/g and encapsulated in other capsule; first capsule is made of metals producing isotopes during irradiation in reactor whose gamma-ray energy is lower than that of selenium-75 or radioactive isotopes produced in the process have half-life shorter than an hour. EFFECT: enhanced safety in handling portable flaw detectors. 2 cl

Description

Изобретение относится к ядерной технике и преимущественно к области изготовления источников гамма-излучения, используемых в различных областях промышленности, например, в гамма-дефектоскопии. The invention relates to nuclear technology and mainly to the field of manufacturing sources of gamma radiation used in various industries, for example, in gamma-ray inspection.

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.Selenium-75 is formed by the reaction of ⁷⁴ Se (n) ⁷⁵ Se upon irradiation of ⁷⁴ Se in an atomic reactor. It is a unique emitter of "soft" gamma radiation [Ez = 0.26; 0.28, 0.40 MeB]. Sources of ionizing radiation, made on its basis, are most suitable for use in portable flaw detectors RID-IS / 120 / R for flaw detection of products with a thickness of up to 30 mm in the field.

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). A known method of manufacturing sources of α, γ-radiation, in which irradiate metallic cobalt, iridium, thulium, gold, previously sealed in a capsule of aluminum or quartz glass, followed by its removal from the capsule in which irradiation was carried out, and the radioactive metal extracted from it (core material) are packaged in specially made clean capsules and sealed to prevent the core material from entering the environment (Review by V.P. Sytin, F.P. Teplov, A.I. Melovatskaya "Modern thawing of the methods for obtaining and constructing radioisotope sources of ionizing radiation (Part II, GONGI 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.However, this technique is unsuitable for the manufacture of selenium-75 sources, since in the described methods the capsule in which the irradiation was carried out is usually removed. Due to the low melting point of selenium (t _pl ≈220 ^o С), high volatility and the difficulty of processing open selenium preparations, it can be irradiated in the reactor only in a sealed device, which in the future should be the first source ampoule.

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.The closest in essence to the proposed method is the "Method for producing a gamma radiation source for a flaw detector" patent 2054718, 1996, which describes the technology for producing metal selenium-74 and the subsequent manufacture of the first ampoule with selenium-74, including the operation of pressing selenium to density at least 3 g / cm ³ in a capsule of titanium, sealing it with laser welding, irradiation in a reactor and sealing in a second capsule of stainless steel.

При реализации предлагаемого способа были выявлены следующие недостатки. When implementing the proposed method, the following disadvantages were identified.

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.In the process of irradiation of an ampoule with selenium, it is heated to a temperature of 400 ^o C. At this temperature, selenium interacts with titanium ampoules with the formation of through fistulas.

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.The dense filling of the ampoule with selenium led to the fact that during the irradiation, due to the internal vapor pressure of selenium, which melts at 220 ^o C, the capsule from titanium was deformed.

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).When selenium-74 is irradiated by reaction ⁷⁴ Se (n) ⁷⁵ Se, sepen-75 is formed (T _1/2 = 119.8; Eγ = 0.265 ÷ 0.4 MeV). At the same time, in the course of irradiation, scandium-46 accumulates in a titanium ampoule according to the reaction ⁴⁶ Ti (n, p) ⁴⁶ Sc (T _1/2 = 83.8 days Еγ = 0.9-1.1 MeV). Moreover, the gamma activity of scandium-46 is comparable with the activity of selenium-75 (T _1/2 = l19.8 days; Eγ = 0.265 ÷ 0, 4 MeV).

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. This circumstance negatively affects the resolution of flaw detection and makes it unsafe to use such sources in portable flaw detectors, the protection of which is designed to inhibit gamma radiation with an energy of ≤0.4 MeV.

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. The above disadvantages are eliminated in the method of manufacturing gamma radiation sources with high specific activity and not distorted due to the gamma radiation of the capsule material by the gamma radiation spectrum of selenium-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. To do this, a tablet of selenium-74 is pressed to a density of at least 80% of theoretical, placed in an ampoule, the internal volume of which is calculated so as to ensure a free volume with the minimum size of the ampoule, which will allow to compensate without deformation the excess pressure created inside the sealed ampoule during irradiation , irradiated in the reactor in a mode that ensures the achievement of a specific activity of selenium-75 of not less than 1000 Ci / g, and sealed in a second ampoule, and metals, in which and irradiated in the reactor formed only isotopes having energy gamma radiation less energy gamma radiation of selenium-75, or generate radioactive isotopes with a half life less than one hour.

Использование таких металлов позволит получить гамма-спектр источника, имеющего только спектральные линии селена-75, так как все их короткоживущие радиоактивные изотопы распадутся. The use of such metals will make it possible to obtain a gamma spectrum of a source having only spectral lines of selenium-75, since all their short-lived radioactive isotopes will decay.

Для сравнения гамма-спектральных характеристик были изготовлены два источника селена-75 с внутренними ампулами из ванадия и титана. To compare the gamma-ray spectral characteristics, two sources of selenium-75 were manufactured with internal ampoules of vanadium and titanium.

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. The gamma-ray spectrum of the source with an internal ampoule of vanadium corresponds in energy to the spectrum of pure selenium-75, and the spectrum of the source with an internal ampoule of titanium contains the scandium-46 line with energy Eγ = 0.9-1.1 MeV, relative gamma activity which is comparable with the gamma activity of selenium-75.

Claims

1. A method of manufacturing sources of gamma radiation based on selenium-75 with an energy of 0.26-0.4 MeV, including pressing, sealing the enriched selenium-74 into a capsule, irradiating the resulting ampoule in a nuclear reactor and subsequent sealing of the irradiated ampoule with selenium in alloy steel capsule, characterized in that a selenium-74 tablet is pressed to a density of at least 80% of theoretical, placed in an ampoule, the internal volume of which is calculated so as to ensure a free volume with minimum ampoule sizes, which allows to compensate without deformation the excess pressure created inside the sealed ampoule during irradiation, and to provide the gamma activity of the sources required by the consumer, is irradiated in the reactor in a mode that ensures that the specific activity of selenium-75 is not less than 1000 Ci / g, and sealed in the second ampoule, As the material of the first ampoule, metals are used in which, when irradiated in the reactor, only isotopes are formed having gamma radiation energy less than the gamma radiation energy of selenium-75, or radioactive isotopes are formed half-life of less than 1 h.

2. The method according to claim 1, characterized in that vanadium is used as the metal of the first ampoule.