Источники ионизационного излучения

Источники γ - излучения представляют собой ра­диоактивный препарат, помещенный в герметичные ампулы из нержавеющей стали или алюминия; в некоторых случаях исполь­зуются источники в виде металлических подложек с тонким слоем изотопа. Источники обычно испускают сложный спектр из не­скольких интенсивных линий.

⁶⁰ Со, период полураспада (1) (Т_1/2) – 5,25 лет, Е_изл – 1,33 Мэв.

¹³⁷ Сs, период полураспада (Т_1/2) – 29,6 лет, Е_изл – 0, 66 Мэв. 

Большинство γ -активных препаратов испускает и β-излучение, однако оно поглощается в корпусе ампулы или может быть легко исключено дополнительной экранировкой.

Другие источники гамма квантов – Цезий 144 Е_изл – 0,134 МэВ (275), Селен 75 Е_изл 0,45 МэВ (127 сут), Сурьма 124 Е_изл 1,69 МэВ (60 сут), Тулий 170 Е_изл 0,052 МэВ (127 сут), Железо 55 Е_изл 0,0059 МэВ (2,9 года). 

Ампульные источники нейтронов чаще всего представляют собой смесь или сплав а -излучателя с бериллием или бором. При бомбардировке последних а -частицами происхо­дит реакция (а, п), например ⁹Ве (а, п) ¹²С; ¹¹В (а, п) ¹⁴N. Спектр нейтронов этих реакций сплошной, в основном за счет потери части энергии а -частиц на ионизацию в веществе самого источника. В качестве а -излучателя чаще всего применяют ²¹⁰Ро или ²³⁹Рu. Достоинством первого является практически полное отсутствие γ-излучения, не считая γ квантов, сопровождающих часть реак­ций (а, п); недостатком – слишком малый период полураспада. Достоинством ²³⁹Рu является большой период полураспада, недостатком – большой вес на единицу активности, обусловли­вающий несколько больший размер ибольшую стоимость источ­ников по сравнению с источниками с ²¹⁰Ро.

Источники с бором дают более мягкий спектр нейтронов, чем источники с бериллием:

²³⁹Рu+Ве, Т_1/2 – 24 360 лет, (а,п), Е – до 10, 8 МэВ,

²³⁸Рu+Ве, Т_1/2 – 86,4 года, (а,п), Е – до 11 МэВ,

²¹⁰Ро+Ве, Т_1/2 – 138, 4 дня, (а,п), Е – до 10, 9 МэВ,

²⁵²Cf, Т_1/2 – 2,2 года, спонтанное деление, Е – до 7-8 МэВ.

Конструктивно Ро-Ве источники представляют собой герметичные двойные ампулы из нержавеющей стали или хроми­рованной латуни, внутри которых расположена стеклянная ам­пула с порошком карбида бериллия (керамическая таблетка) с осажденным на нем ²¹⁰Ро. Рu-Ве  источники представляют собой двойные ампулы, заполненные сплавом Рu-Ве. Размер источника от 3 X 3 до 46 х 46 мм в зависимости от мощ­ности. Мощность Рu-Ве источников 10⁴ – 5•10⁷, а полониево-бериллиевых 10⁶ – 4•10⁸ нейтр./с.

 К ампульным источникам относится источник из спонтанно делящегося материала, в первую очередь из ²⁵²Сf, имеющий вы­сокую мощность на единицу массы (3•10⁹ нейтр./с•мг) с наиболее вероятной энергией нейтрона 1,3 МэВ.

В качестве источника нейтронов используют обычно смесь полония с бериллием. Полоний – радиоактивный элемент. Рас­падаясь, он излучает альфа-частицу (⁴₂Не). При взаимодейст­вии альфа-частицы с ядром бериллия (⁹₄Ве) образуются ядро углерода ¹²₆С и нейтрон (¹₀n).

⁹₄Ве + ⁴₂Не →¹²₆ С + ¹₀n + g,                                         (19)

Нейтронные источники ионизационных излучений: Ро-Ве (138 сут), Ри-Ве (24 360 лет), Ро-В (138 сут), Cf ²⁵² (2,55 года).

Генераторы нейтронов представляют чаще всего линейные ускорители дейтронов (2) с ускоряющим напряжением при­близительно 10⁵ В. Нейтроны возникают при бомбардировке дейтронами мишеней, содержащих дейтерий, тритий (3) или бериллий. Наибольший выход нейтро­нов (с энергией 14 МэВ) дает реакция ³Т (d, п) ⁴Не.

Основными частями гене­ратора нейтронов являются источник ионов, ускоритель­ная трубка, мишень, вакуум­ная система, источник высо­кого напряжения. В скважинных генераторах и во многих лабораторных исполь­зуют так называемые отпаян­ные трубки, не требующие специальной вакуумной си­стемы. Они содержат источ­ник ионов, ускорительный промежуток и мишень, а также хранилище дейтерия. Пример такой трубки, ис­пользуемой в серийном скважинном генераторе ИГН-4

Генератор нейтронов представляет собой линейный ускори­тель, в котором ионы, ускоряясь в электрическом поле, по­падают на мишень и вызывают ядерную реакцию с образованием быстрых нейтронов:

²₁Н + ³₁Н = ⁴₂Не + ¹₀ п,                                              (20)

Средняя энергия нейтронов 14,1 МэВ. Основной узел гене­ратора нейтронов - нейтронная трубка. Применяются газона­полненные и вакуумные (искровые) трубки. В газонаполненных трубках рабочее давление газа поддерживается постоянным, при этом трубка может работать как в импульсном режиме, так и в стационарном. Положительные ионы дейтерия под действием отрицательного электрического поля высоковольтного электрода приобретают энергию порядка 80 – 120 кэВ и бом­бардируют тритиевую мишень. Рабочее давление дейтерия в трубке создается при подогреве титановой ленты, насыщенной дейтерием. В вакуумных трубках необходимое количество дей­терия выделяется из циркониевых электродов в момент искро­вого разряда. Трубка работает только в импульсном режиме.

В настоящее время во ВНИИАвтоматики разработан ряд новых нейтронных трубок, отличающихся более высоким выходом нейт­ронов и более продолжительным сроком службы: НТ-32, ТНТ-145, ТНТ-143, ТНТ-1411, ТНТ-1415. Трубка ТНТ-1411 является аналогом НТ-16 со средним ресурсом 75 часов и термостойкостью до +120 ^оС, а ТНТ-143 - аналог УНГ.