Радиоизотопные источники гамма-излучения

Все ядерные реакции, в результате которых образуются дочерние ядра в возбуждённом состоянии, сопровождаются испусканием гамма-квантов строго определённых энергий. Поэтому все радиоизотопные источники гамма-излучения имеют дискретный энергетический спектр. Непрерывный энергетический спектр характерен лишь для тормозного фотонного излучения (возникающего при бомбардировке вещества потоками высокоэнергичных электронов и других заряженных частиц). Кроме того, во многих практических задачах, когда источник излучения включает в себя множество различных нуклидов, каждый из которых имеет дискретный спектр излучения, в результате их наложения реальный спектр излучения получается практически непрерывным. Примером может служить гамма-излучение реакции деления тяжёлых ядер при бомбардировке их нейтронами, поскольку она может идти по множеству различных путей, результатом которых является образование различных промежуточных и конечных нуклидов и наложение множества дискретных спектров гамма-излучения от этих реакций и даёт в результате практически непрерывный спектр.

Наиболее мощными источниками гамма-излучения (исключая ядерный взрыв) являются ядерные реакторы. При работе ядерного реактора происходит интенсивная бомбардировка нейтронами не только ядерного топлива, но и оболочек ТВЭЛов, вещества замедлителя нейтронов, теплоносителя, конструктивных элементов реактора, биологической защиты и т.п., в результате чего образуется множество различных радиоактивных изотопов [5-7]. Поэтому возникает проблема захоронения не только отработанного ядерного топлива, но и многочисленных технологических радиоактивных отходов (ТРО). По длительности периода полураспада их разделяют на короткоживущие (с периодом полураспада до 15 суток) и долгоживущие (с периодом полураспада от десятков суток до миллионов лет).

Гамма-спектры основных короткоживущих радионуклидов в ТРО, образующихся при работе ядерных реакторов, представлены в таблице 2.1 [3,5-7].

Таблица 2.1

Спектры гамма-излучения некоторых короткоживущих изотопов

В ней в третьем столбце после значений энергии (в мегаэлектрон-вольтах) каждой спектральной линии в скобках показан выход данной реакции при одном распаде. На графике спектра выход каждой реакции будет определять высоту соответствующей спектральной линии. Примеры графиков спектров гамма-распада изотопов с одной и несколькими спектральными линиями представлены на рисунках 2.2 – 2.3.

Как видим, среди них есть весьма простые спектры, состоящие всего из одной или двух моноэнергетических линий. К таковым относятся спектры изотопов: I - 131, I - 133, I - 135, показанные на рис. 2.2. Но есть и более сложные, состоящие из пяти и более спектральных линий: I-132, I-134, Br-82, показанные на рис. 2.3.

Нижняя граница энергий спектров всех, указанных в табл.2.1, короткоживущих изотопов составляет 0,329 МэВ (изотоп La-140). Верхняя граница энергий – 2,754 (изотоп Na-24).

Рис. 2.2. Графики гамма-спектров изотопов I-131, I-133 и I-135

Рис. 2.3. Графики гамма-спектров изотопов I-132, I-134 и Br-82

Гамма-спектры основных долгоживущих изотопов ТРО представлены в таблице 2.2 [3, 5-7].

Таблица 2.2

Гамма-спектры основных долгоживущих изотопов ТРО

Здесь также имеются изотопы с простыми спектрами, представленными одной или двумя монолиниями (рис. 2.4, 2.5) и более сложные (рис. 2.6).

В практике радиационных измерений широко применяются образцовые источники гамма-излучения, особенно те, которые характеризуются моноэнергетическим излучением. К ним относятся изотопы ¹⁰⁹Cd (энергия излучения 0,08803 МэВ, период полураспада 462,6 суток), ¹³⁹Ce энергия излучения 0,16584 МэВ, период полураспада 140 суток), ¹¹³Sn (энергия излучения 0,2551 МэВ, период полураспада 115,09 суток), ¹³⁷Сs (энергия излучения 0,6617 МэВ, период полураспада 30,17 лет), ⁵⁵Mn (энергия излучения 0,835 МэВ, период полураспада 313 суток), ⁶⁵Zn (энергия излучения 1,11544 МэВ, период полураспада 245 дней), ²²Na (энергия излучения 1,2745 МэВ, период полураспада 2,6 года) [7]. Правда, нуклид ⁶⁵Zn можно отнести к моноэнергетическим лишь условно, поскольку при массе источника достаточной для полного замедления выделяющихся при распаде позитронов излучаются ещё аннигиляционные гамма-кванты с энергией 0,511 МэВ, образующиеся при аннигиляции позитронов и электронов.

Рис. 2.4. Графики гамма-спектров изотопов Mn-54, Nb-95 и Cs-137

Со-60

Со-58

Е, МэВ

Рис. 2.5. Графики гамма-спектро в изотопов Am-241, Co-58 и Co-60

Ba - 133

Cs-134

Sb-125

Рис. 2.6. Графики гамма-спектров изотопов Cs-134, Ba-133 и Sb-125

Но, помимо изотопов с моноэнергетическим гамма-излучением, для получения эталонных источников гамма-излучения с более детальной шкалой энергий применяются также изотопы с двумя и более линиями моноэнергетического излучения. Главным требованием для них является достаточно большой период полураспада. Основные из них представлены в таблице 2.3 [8].

Таблица 2.3

Эталонные источники гамма-излучения с несколькими линиями

моноэнергетического излучения

Нуклид	Т 1/2	Е, МэВ		Нуклид	Т 1/2	Е, МэВ
241Am   57Со   109Gd 60Со	458 лет   270 дней   453 дня     5,26 года	0,01189 0,0139 0,0178 0,0208 0,05954 0,01436 0,12197 0,13633 0,0221 0,0250 0,0877 1,17323 1,33248		207Bi 182Tl	30 лет   115 дней	0,56963 1,76971 0,10010 0,15243 0,15639 0,17939 0,22211 0,22932 0,26407 1,12128 1,18903 1,22142 1,17323 0,56963

 

Помимо радиационных измерений радиоизотопные источники гамма-излучения широко применяются в медицине для лучевой терапии, в неразрушающем контроле различных материалов и изделий, в радиохимических и биологических исследованиях (метод «меченых атомов») и др.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Date: 2015-06-08; view: 2375; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...