Радиоактивных излучений

Радиационная дефектоскопия основана на изменении интенсивности рентгеновского излучения или излучения радиоактивных источников при прохождении дефектных зон. Рентгеновские дефектоскопы дают изображения дефектов в различных материалах, как металлических, так и неметаллических.

Ионизирующее излучение может оказывать на человека вредное действие через внешнее и внутреннее облучение. Внешнее облучение проявляется при воздействии радиоактивных источников на человека через кожный покров, а внутреннее — через воздух, воду и пищу. Внутреннее облучение намного опаснее внешнего в связи с тем, что ряд изотопов может накапливаться в организме челове-

Выше уже встречалась единица измерения активности радионуклида кюри (Ки). Эта единица была предложена много лет назад для измерения мощности радиоактивных источников. Один кюри определяется как активность радионуклида в источнике, в котором происходит 3,7-10'° актов распада2 в секунду. Ос-

сильный локальный нагрев в течение времени, сравнимого с периодом полураспада используемого для этих целей радиоизотопа (около 86 и 28 лет соответственно для двух упомянутых радиоактивных источников). Это обстоятельство в настоящее время широко используется в термоэлектрических генераторах — устройствах, в которых тепловая энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Эти генераторы состоят из термоэлементов (термопар), каждый из которых ( 43) содержит спай двух различных металлов или полупроводников. При разности температур — около спая и на свободных концах — в термоэлементе возникает электрический ток. На 44 представлена схема одного из таких термоэлектрических генераторов. Они могут быть очень компактными и чрезвычайно надежными, а при использовании радиоизотопов в качестве источника тепла (так называемые ядерные батареи) они способны надежно и непрерывно вырабатывать электричество на протяжении нескольких лет, а то и десятков лет, причем без специального присмотра и контроля. Это свойство ядерных батарей делает их исключительно полезными в районах, где отсутствует постоянное электроснабжение: например, при работе автоматических метеорологических станций в пустыне, Арктике и Антарктике, на труднодоступных горных вершинах. Ядерные батареи с

Ранее уже упоминалось о возможности использования радиоизотопных генераторов электрической или тепловой энергий в космонавтике77. Однако, помимо бортовых энергоустановок, радиоактивные источники с успехом могут применяться и в космических двигателях. Такие радиоизотопные ракетные двигатели, использующие энергию радиоактивного распада, в настоящее время уже разработаны (правда, все они развивают довольно малую тягу). Причем наиболее перспективным в этом отношении является применение в качестве радиоактивных источников изотопов трансурановых элементов. Среди них наибольшее распространение получили кюрий-244 (период полураспада 18 лет) и уже упоминавшийся нами плутоний-238 (см. стр. 126). Оказывается, слишком большой период полураспада некоторых радиоизотопов является таким же недостатком, как и слишком малый период полураспада, поскольку от скорости распада зависит скорость выделения энер^ гии. Следовательно, радиоизотоп, выбранный для радиоизотопного ракетного двигателя, должен распадаться достаточно быстро, чтобы обеспечить приемлемую скорость выделения энергии (на единицу массы). Вот почему в космонавтике получили широкое распространение трансурановые элементы, в среднем имеющие меньшие периоды полураспада, чем другие радиоизотопы. В частности, поэтому они неоднократно привлекались как вспомогательные радиоактивные источники и при проведении научных экспериментов в космосе. Так, кюрий-242 (период полураспада около 5 месяцев) и эйнштейний-254 служили источниками альфа-частиц в аппаратуре, использовавшейся американскими учеными для химического анализа лунного грунта. Эта аппара-

В качестве первого грубого приближения можно принять, что толщина отложений пропорциональна относительной плотности ионизации, а время жизни отложений обратно пропорционально скорости теплоносителя. Скорость образования радиоактивных ядер на единице поверхности твэла пропорциональна толщине отложений и потоку активирующих нейтронов. Поскольку каждая из этих величин пропорциональна удельной мощности энерговыделения в данной точке, то вклад радиоактивных источников в активной зоне, подобной Шиппингпорт-ской сборке, окажется примерно пропорциональным квадрату локальной удельной мощности энерговыделения.

Отрицательным фактором в исследованиях с помощью радиоактивных изотопов является наличие радиоактивных источников. Однако активность используемых радиоактивных изотопов можно свести до минимума, что создает условия при работе с ними, ничем не отличающиеся от работы с любым ядовитым веществом. Обеспечение безопасности при работе с радиоактивными изотопами зависит от точного соблюдения требований, предусмотренных в «Санитарных правилах работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений» [35j. При использовании «меченых» атомов в инструмент тем или иным способом вводят радиоактивные изотопы и с помощью специальной аппаратуры наблюдают за изменением активности или перемещением «меченых» атомов, которое происходит в процессе резания.

Вставка радиоактивных источников в инструмент весьма затруднительна. Поэтому для получения радиоактивного режущего инструмента его необходимо облучать в атомном реакторе или на ускорителе заряженных частиц, либо добавлять при плавке или перед спеканием материала радиоактивный изотоп.

Получение искусственных радиоактивных источников гамма-излучений позволило значительно упростить и удешевить контроль качества литых и сварных изделий.

Сказанное позволяет сделать вывод, что в случае проверки больших толщин (100 мм и более) затраты на дефектоскопию с использованием автоматизированных устройств могут быть снижены при использовании радиоактивных источников излучения примерно в 2—2,5 раза.

Использование средств автоматического контроля за протеканием технологических процессов и автоматизации самих технологических процессов позволяет значительно повысить производительность труда и снизить себестоимость выпускаемой продукции. Одним из таких средств автоматизации являются радиоактивные изотопы, обладающие целым рядом свойств, которыми большинство существующих средств автоматизации н,е обладают. Большой срок службы специально подобранных радиоактивных источников, быстродействие приборов, основанных на их использовании и целый ряд других факторов позволяет с успехом применять радиоизотопные методы автоматического контроля и регулирования технологических процессов.

гарантированной точностью; влияние физических параметров контролируемой и окружающей среды — температуры, давления, плотности, влажности на нормальную работу датчика; разрушающее влияние на датчик контролируемой и окружающей среды вследствие абразивных свойств ее, химического воздействия и т. д.; наличие в месте установки датчика недопустимых для его нормального функционирования вибраций, магнитных и электрических полей, радиоактивных излучений и др.; возможность применения датчика с точки зрения требований пожаро- и взрыво-безопасности; расстояние, на которое может быть передана информация, выделяемая датчиком; предельные значения измеряемой величины и других параметров среды.

8.5. Полупроводниковые датчики радиоактивных излучений .- . . . 162

8.5. Полупроводниковые датчики радиоактивных излучений

На базе полупроводниковых приборов созданы датчики проникающей радиации, которые используются в народном хозяйстве в в качестве датчиков радиоактивных излучений.

Гамма-датчик ГД-Г1 представляет собой подложку с полупроводниковым чувствительным слоем из селенида кадмия, заключенную в металлический корпус с металлической крышкой, соединенные холодной сваркой. Для повышения механической прочности датчика ГД-Г1 подложку с чувствительным слоем внутри корпуса перед герметизацией заливают толстым слоем эпоксидного компаунда. Гамма-датчики обладают высокой чувствительностью, имеют низкое напряжение питания, малые габариты, простое устройство. Сигналы в них регистрируются микроамперметром без промежуточного усиления сигнала. Принципиальная схема для индикации излучения состоит из трех элементов: датчика, источника напряжения и регистрирующего устройства. К недостаткам датчиков радиоактивных излучений следует отнести их большую инерционность, особенно при слабых интенсивностях облучения. Датчики серий РГД и ГД широко применяются для индикации и дозиметрии рентгеновского и гамма-излучений, где инерционность датчика не имеет существенного значения.

Радиоактивное излучение представляет опасность для человека из-за его неспособности немедленно отреагировать на это облучение. Поражающее действие проникающей радиации зависит от дозы облучения и времени, в течение которого эта доза была получена, а также от состояния организма до облучения и его индивидуальных особенностей. Сильное переутомление, болезнь и травмы повышают чувствительность организма к воздействию радиоактивных излучений, и поражение организма в этих случаях бывает более тяжелым.

Для обнаружения и измерения радиоактивных излучений используют следующие методы: фотографический, химический, сцин-тилляционный и ионизационный.

Химический метод основан на определении изменения цвета некоторых химических веществ под воздействием радиоактивных излучений. Так, хлороформ при облучении распадается с образованием соляной кислоты, которая, накопившись в определенном количестве, воздействует на индикатор, добавленный к хлороформу. Интенсивность окрашивания индикатора зависит от количества соляной кислоты, которое пропорционально дозе радиоактивного облучения. Сравнивая окраску раствора с эталоном, можно определить дозу радиоактивного излучения, воздействующего на препарат.

Сцинтилляционныи метод основан на том, что под воздействием радиоактивных излучений некоторые вещества испускают фотоны видимого света. Возникшие вспышки света (сцинтилляции) могут быть зарегистрированы.

Ионизационный метод заключается в том, что под воздействием радиоактивных излучений в изолированном объеме происходит ионизация газов. При этом нейтральные молекулы и атомы газа разделяются на пары: положительные ионы и электроны. Если в облучаемом объеме создать электрическое поле, то под воздействием его силы электроны, имеющие отрицательный заряд, будут перемещаться к аноду, а ионы, имеющие положительный заряд, — к катоду, т. е. между электродами будет проходить электрический ток, называемый ионизационным током.

Чем больше интенсивность, а следовательно, ионизирующая способность радиоактивных излучений, тем выше сила ионизационного тока. Это дает возможность, измеряя силу ионизационного тока, определять интенсивность радиоактивных излучений.