книги из ГПНТБ / Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии

Характеристики отечественных кобальтовых установок с подвижным облучателем

рабочем контейнере, закрытом пробкой. Последующие операции: подъем пробки из рабочего контейнера, перевод контейнера в ра­ бочее положение, подъем облучателя в рабочую камеру на время проведения эксперимента — осуществляются дистанционно.

Представителем установок класса 2а является установка УКП30000 (установка киевская подводная с активностью 30000 г-экв радия) [18]. Схема * ее приведена на рис. 31. Облучатель 1 нахо­ дится на дне бассейна под слоем воды толщиной 4 м, являющейся биологической защитой и термостатирующей средой. Поплавко­

* 7 — бассейн установки УК-70 000,. описание которой дано ниже.

59

вая блокировка 2 , состоящая из свинцового П-образиого (в плане) экрана и качающейся свинцовой крышки с противовесом, «сраба­ тывает» в случае аварийной утечки воды из бассейна. Крышка удерживается в приподнятом состоянии поплавком 3. При сниже­ нии уровня воды в бассейне примерно на 30 см равновесие на­ рушается, и крышка опускается на экран, закрывая облучатель. Исследуемые образцы помещаются в герметическую кассету 4, которая при помощи ручного привода 5 доставляется к облуча­ телю в каретке, двигающейся по плоской направляющей 6. Мощ­ ность дозы для этой установки при суммарной активности 31 500 г-экв радия составляет 3000 рад/сек.

Рис. 31. Схема установки УКП-30000

60

Впоследствии вместо описанной установки в том же бассейне были размещены две гамма-облучательные установки с активностью

МГУП-30000 (малогабаритная гамма-установка подводная с актив­ ностью 30000 г-экв радия), смонтированная в Институте физической химии АН СССР. Она предназначена для облучения образцов объемом до ~ 4 0 см3. Цилиндрический источник постоянно нахо­ дится подводой на глубине 4,5 .м. Герметизированный реакционный сосуд с исследуемым объектом опускается по трубе в источник на тросе электропривода. Мощность дозы в реакционном сосуде составляет -—6000 рад/сек.

Сейчас в радиационной химии стали все более широко исполь­ зоваться установки третьего класса. Обусловлено это прежде все­ го необходимостью проведения экспериментов с большими об­ разцами. В этих установках облучатель в нерабочем положении находится за защитой (в бассейне с водой, бетонной камере и т. п.). Для облучения каких-либо объектов он подводится в «горячую» камеру, в которой размещены эти объекты. После окончания облу­ чения источник вновь перемещается за защиту.

Существует два типа защиты в нерабочем положении источни­ ка: водяная защита и «сухая» защита (бетон, свинец, чугунная дробь и т. п.). Ниже в качестве примера дается описание двух установок третьего класса: одной —с водяной защитой и второй — с «сухой» защитой.

На рис. 32 показана схема установки УК-70000 (установка киевская с активностью 70000 г-экв радия) [17]. Эта установка состоит из «горячей» камеры, бассейнов с водой, облучателя, электромеханической системы перемещения облучателя с прис­ пособлением для аварийного сброса, системы блокировки, сигна­ лизации и контроля, пульта управления, насосного и вентиляцион­

лабиринтный вход 2, закрывающийся металлической дверью 3. В камере находится рабочий бассейн 4 (зеркало воды 1,5 X 1,5 м, глубина 4,3 м). В нижней части бассейн «горячей» камеры сое­ динен шлюзовым устройством 5 с приемным бассейном 6, который аналогичен по конструкции и находится вне камеры. Над этим бас­ сейном проходит монорельс, несущий электроталь 7 грузоподъем­

61

препаратов была в пределах 650—900 г-экв радия. Внутри охран­ ного сосуда мощность дозы по окончании зарядки достигала 1800 рад/сек. Мощность дозы на рабочем столе была 15—600 рад/сек.

лучателя колебалась от 56 до 620 рад/сек.

Схема установки К-20000, созданной в Физико-химическом институте им. Л. Я. Карпова [3, 20], дана на рис. 33. В этой ус­ тановке принят вариант «сухой» защиты. В рабочей камере уста­ новки находятся контейнер 1 с кассетой 2, содержащей кобальто­ вые препараты, и свинцовой пробкой 5, рабочий стол 4, механизмы узлов подъема пробки, перемещения контейнера и подъема источ­ ника 6, 13, 14, прппособления для аварийного опускания источ­ ника 7, S и аварийного закрывания контейнера запасной пробкой 3 и экраном 10. Камера имеет бетонные стены (толщина 1,5 м), бетонный потолок (2 м) и лабпрпптпый вход. Пульт управле­ ния 12 и световая сигнализация 11 находятся в отдельном зале. В помещении на втором этаже расположен физико-химический

Рис. 32. Схема установки УК-70000 '

а — вертикальный разрез; б — план

62

пульт”9, который связан с рабочей камерой различными комму­ никациями. Порядок проведения экспериментов на этой установ­ ке следующий: исследуемые объекты помещаются па рабочий стол, затем подсоединяются необходимые коммуникации, после чего

ние контейнера в рабочее положение, подъем облучателя из кон­ тейнера в центр рабочего стола), по'окончании облучения эти опе­ рации осуществляются в обратном порядке. Облучатель установ­ ки представляет собой полый цилиндр из нержавеющей стали высотой 190 см с наружным диаметром 14 см и содержит 56 стан­ дартных препаратов 60Со с активностью ~ 400 г-экв радия каж­

дый.

Примерами отечественных установок четвертого класса могут служить установки К-60000, К-120000, ГУГ-120000 и УГУ200000. В первых двух установках применяется «сухая» защита, в третьей и четвертой — водяная защита. Отличительной особен­ ностью первых трех установок является то, что кассеты с кобаль­ товыми препаратами находятся в изогнутых трубах-каналах из нержавеющей стали. Конфигурация облучателя может меняться

Рис. 33. Схема установки К-20000

63

путем изменения расположения этих труб в рабочей камере. Можно также варьировать суммарную активность облучателя, поднимая различное число кассет. Установка УГУ-200000 (универсальная многокамерная_^. гамма-установка активностью 210 000 г-экв радия) состоит из двух рабочих камер. При проведе­ нии облучения в одной из камер в другой можно осуществлять подготовку следующего опыта. Облучение образцов можно вести также под водой в баке установки. Характеристики указанных установок приведены в табл. 18. Там же даны характеристики дру­ гих отечественных кобальтовых установок с подвижным облуча­ телем.

В настоящем разделе рассмотрены преимущественно советские кобальтовые установки. Читатель, интересующийся устройством

в у-установках,— это 137Cs. Имеются сообщения о способах изго­ товления у-источнпков 137Cs из порошкообразного хлорида цезия, помещаемого в ампулы из нержавеющей стали с двойными стен­ ками [44—46]. По данным [44], удельная активность при этом может достигать 25 кюри/г CsCl. Описаны также источники на основе цезиевых стекол (в частности, на основе цезийбороспликатного стекла) [36]. Однако в настоящее время изотопные установки с 137Cs в радиационной химии применяются редко.

Особую группу источников у-излучеипя составляют радиацион­ ные контуры. Согласно [3], радиационным контуром называется система, состоящая из генератора активности, находящегося в активной зоне реактора, облучателя, расположенного вне нейтрон­ ного поля реактора, и связывающих их коммуникаций, по кото­ рым циркулирует активируемое вещество, так что количество ра­ диоактивных ядер в системе непрерывно пополняется, а энергия, выделяемая при распаде этих ядер, используется в облучателе в виде «чистого»/у-излучения. Чаще всего в качестве активируемого вещества применяются жидкометаллнческие сплавы из элементов с большим сечением захвата нейтронов, причем образующиеся при этом радиоактивные изотопы должны иметь сравнительно малые периоды полураспада. К ним относятся сплавы In—Ga— Sn, In—Ga и др.

пова [47]). Активности их достигают нескольких десятков тысяч г-экв радия. Радиационные контуры находят некоторое применение в научных исследованиях, а также для моделирования радиаци­

64

2. Источники Р- и а-пзлучений

Выполнено весьма большое число радиационно-химических исследований с р~ и «-излучениями радиоактивных изотопов. Ис­ точники этих излучений можно подразделить на два типа: внутрен­ ние и внешние. В первом случае радиоактивный изотоп вводится непосредственно в исследуемую систему, а во втором — источник находится вне этой системы. Внутренние источники в свою оче­ редь делятся на гомогенные и гетерогенные. Примерами гомоген­ ных источников могут быть соль 36S или 32Р, растворенная в вод­ ном растворе, тритий в виде газа либо в воде, введенной в газо­ вую смесь или водный раствор. В качестве таких источников, кроме упомянутых, применялись изотопы 14С (в случае некото­ рых органических жидкостей), 210Ро и 239Ри (в случае водных раст­ воров), 232Rn (в случае газовых систем). В настоящее время наи­ более часто используются тритий и 210Ро. О гетерогенном источнике можно говорить, если радиоактивный препарат вводится в изу­ чаемую систему в виде слоя на пластинке носителя или же если радиоактивность находится в осадке. Последний случай очень часто встречается в технологии переработки и выделения ядерного горючего.

Внешние источники p-излучения применяются в радиацион­ ной химии крайне редко. Например, p-излучение 90Sr—90Y ис­ пользовалось в исследованиях радиационной газофазной полиме­ ризации тетрафторэтилена [53]. Полимеризация проводилась в стеклянном сосуде емкостью 5 л, который был снабжен маномет­ ром и тонкостенной стеклянной гильзой. В последнюю и вводился источник Р-излучепия 80Sr. К настоящему времени описаны весь­ ма интенсивные внешние источники p-излучения. В частности, в работе [54] приведены данные об источнике р-излученпя 90Sr на основе силиката стронция. Источники находятся в тонкостенных ампулах из нержавеющей стали. Мощность дозы на поверхности составляет — 6000 рад/сек. Имеется сообщение [55] о методе при­ готовления р-излучателей с изотопом 08Кг, находящимся в виде клатратного соединения с гидрохиноном. При использовании криптона, содержащего 5% изотопа 08Кг, можно получать препа­ раты с удельной активностью — 3 кюри1г.

Известно лишь несколько случаев применения внешних источ­ ников a -излучения в радиационной химии. В качестве примера на рис. 34 приведена схема устройства для облучения жидкостей «-частицами 210Ро [56]. Источник а-излучения (2) представляет со­ бой металлический 210Ро, нанесенный на поверхность тантала. а-Частицы проходят через слой гелия внутри держателя (3 — ввод гелия и 4 — выход гелия), два окна из очень тонкпх пласти­ нок слюды (5 — окно держателя и 7 — окно стеклянной ячейки с исследуемой жидкостью). Ячейка 7 снабжена магнитной мешал­ кой 9 и 10. Начало и окончание облучения системы осуществляют-

7

Рпс. 34. Схема установки для облучения жидкостей а-частицами 210Ро

ся с помощью затвора 2, который при включении размещается между источником и ячейкой. Для фиксации положения ячейки относительно источника используется латунная шайба 6.

3.Ускорители заряженных частиц

Впоследнее десятилетие в радиационной химии широкое рас­ пространение получили электронные ускорители. Это обусловлено, во-первых, успехами в области ускорительной техники и, во-вто­ рых, исключительно большими возможностями этих машин для создания самых разнообразных условий облучения. Действитель­ но, с их помощью можно проводить радиационно-химические эк­

сперименты в стационарном режиме (непрерывное облучение) и в условиях импульсного облучения (при длительности импульсов до 10~10—10-п сек.), при низких мощностях дозы (— 103 рад/сек) и при сверхвысоких мощностях дозы (до 1014—1016 рад/сек). Не­ которые из них находят применение в импульсном радиолизе —

66