Способ получения европия-155 для гамма-дефектоскопии

Способ получения европия-155 для гамма-дефектоскопии

Реферат

Изобретение относится к области ядерной физики, а точнее к производству изотопов для использования в качестве источника гамма-излучения в дефектоскопах при анализе материалов без их разрушения.

Известны способы получения радиоактивных изотопов, например способ получения радиоизотопа тулия-170 [1]. Использование тулия-170 в гамма-дефектоскопии рассмотрено в работе [2]. Тулий-170 имеет период полураспада 128 суток. В связи с этим требуется частая перезарядка гамма-дефекоскопа, что обуславливает низкую производительность и значительные материальные затраты.

В тоже время источник на основе тулия-170 является единственным удовлетворительным источником для просвечивания легких сплавов, например, алюминия толщиной от 3 до 50 мм.

Тулий-170 возможно заменить на близкий ему по энергетическому спектру европий-155, период полураспада которого, примерно, 5 лет.

Известен способ получения европия-155 путем облучения в реакторе изотопа самария-154 [3] - прототип. Однако накоплению количества европия-155 в мишени необходимого и достаточного для промышленного использования в гамма-дефектоскопии препятствует превращение европия-155 в короткоживущий изотоп европий-156 в результате реакции захвата нейтрона, что приводит к «выгоранию», к исчезновению изотопа европия-155 практически сразу после его появления в мишени.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого способа, заключается в повышении производительности и снижении материальных затрат за счет увеличения срока перезарядки гамма-дефектоскопа.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения европия-155 для использования в гамма-дефектоскопии при облучении ионизирующим излучением мишени с самарием-154 облучение мишени проводят протонным пучком циклотрона. Изотоп самария-154 с обогащением 98,6% имеет химическую форму в виде оксида Sm₂O₃, плотность 7,54 г/см³. Образование европия-155 происходит по схеме:

Протоны могут поглощаться ядром мишени с зарядом Z и образовывать составные ядра с последующим испусканием гамма-квантов. Критическая энергия протона определяется кулоновским барьером Е_В, который равен [4]:

Е_В≈Z·А^-1/3≈0,8·Z^2/3 МэВ

При Z=63 имеем Е_В=12,6 МэВ.

Удельная активность накопившегося радионуклида равна [1]:

А₂=λ₂·N₀₁·(∩₁/∩₂-∩₁)[ехр(-∩₁·t)-ехр(-∩₂·t),

где N₀₁ - количество ядер исходного стабильного нуклида Sm-154 в одном грамме оксида Sm₂O₃; λ₂ - константа распада образующего радионуклида Eu-155; Ф - плотность потока протонов; σ₁ - сечение поглощения протона ядром Sm-154; σ₂ - сечение поглощения протона ядром Eu-155; ∩₁=Ф·σ₁; ∩₂=λ₂+Ф·σ₂.

Наработку радионуклида европий-155 можно производить на ускорителе протонов типа У-150 предприятии ЗАО «Циклотрон». Ускоритель работает в режиме ускорения протонов до энергии 20-23 МэВ. Средний ток внутреннего пучка при облучении мишеней достигает 1100 мкА [9].

Исходными данными для расчета удельной активности радионуклида являются: N₀₁=3,37·10²¹ ядер Sm-154/г оксида, ∩₁=1,53·10^-8 с^-1, λ₂=0,44·10^-8 с^-1, ∩₂=1,97·10^-8 с^-1. Удельная активность радионуклида европий-155 при облучении на ускорителе протонов мишени из самария-154 в течение t=1·10⁷ c=100 суток достигнет величины А₂=67 Ки/г.

Таким образом, полученных активностей радионуклида европий-155 оказывается вполне достаточно для получения удовлетворительной степени выявляемости дефектов и имеется возможность использования в дефектоскопии радионуклида европия-155 вместо тулия-170.

Источники информации

1. Левин В.И. Получение радиоактивных изотопов. М.: Атомиздат. 1972, стр. 216-217.

2. Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия. М.: Атомиздат. 1974, стр.120-121.

3. Промышленная радиография. Перевод с английского под редакцией А.С.Штань и В.И.Синицына. М.: Атомиздат, 1960.

4. Зингер С.Ф. «Действие пыли и радиации на космические корабли в межпланетном пространстве». В кн.: Радиационная опасность при космических полетах. М.: МИР, 1964, стр.195.

Способ получения радиоизотопа европий-155 для использования в гамма-дефектоскопии при облучении ионизирующим излучением мишени с самарием-154, отличающийся тем, что облучение мишени проводят протонным пучком циклотрона.