核物理科普系列六

核技术利用是指核领域中不作为动力的应用技术,它是利用放射性同位素和电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学及生物效应来进行应用研究与开发的技术,其技术基础与技术手段就是放射性同位素(放射源)和射线装置中的电离辐射技术。

辐射源是指可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体。

辐射源的种类很多,从辐射源的产生来源可分为天然辐射源和人工辐射源两种。

这种天然存在的辐射源称为天然辐射源,把这种辐射称为天然辐射。天然辐射源主要来自宇宙射线、宇生放射性核素和原生放射性核素。

人工辐射源是用人工方法产生的辐射源。人工辐射源主要有核设施、核技术利用的辐射源和核试验下落灰等。

一、密封放射源

(一)密封源概念

密封放射源是密封在包壳里的或紧密地固结在覆盖层里并呈固体形态的放射性物质。

密封源的包壳或覆盖层应具有足够的强度,使源在设计使用条件和磨损条件下,以及在预计的事件条件下,均能保持密封性能,不会有放射性物质泄漏出来。

(二)密封源种类

密封源的种类很多,分类方法也是多种多样。

按辐射的射线可分为α源、β源、γ源、低能光子源、中子源等。

按放射源的几何形状可分为点源、线源、平面源、圆柱源、圆环源、针状源、棒状源等。按活度的不确定度可分为检查源、工作源、参考源、标准源等。

按用途可分为医疗用、工业照相(探伤)用、核仪表用、射线辐照用、放射性测井用、放射性测量及仪表刻度用等。

由于使用要求不同,密封源的核素种类、辐射类型、活度大小、几何形状、密封方式和性能指标等各不相同。下面按所用射线种类介绍密封源的基本性能。

1.α放射源

(1)用途

α放射源主要用于烟雾报警器、静电消除器和放射性避雷器等的离子发生器。常用的α放射性核素有210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U、238U等。

(2)特性

常用的α放射源,活度一般较低(104~3.7×109Bq,而且α粒子的能量一般低于7MeV,在空气中的射程小于6cm,穿不透皮肤表层,故没有外照射危险。

(3)辐射防护

绝大多数α核素属于极毒或高毒核素,即使摄入体内的量极少,也会造成严重的内照射。因此,使用α放射源必须特别注意保护源的密封性能,防止将源丢失或被盗。没有使用价值的废源,应按规定处理,不能随便拆开或扔掉。

2.β放射源

(1)用途

β放射源主要用作β活度测量和β能量响应刻度时的参考源和工作源,还可用作放射性测厚仪,皮科敷贴器和气相色谱仪的电子捕集器等。常用的β放射性核素有3H、14C、58Co、60Co、63Ni、85Kr、90Sr、90Y、147Pm、204Tl等。

(2)特性

β射线的穿透能力比同样能量α粒子约强100倍,能量超过70keV的β粒子可穿透皮肤表层。常用的β放射源的β粒子能量均大于70keV,故应考虑β外照射的防护。

(3)辐射防护

β放射性核素衰变时,常伴随有γ辐射或其他形式的光子,只有少数核素(如3H、14C、32P、35S、90Sr、90Y等)例外。β粒子穿过周围物质时产生轫致辐射,其穿透能力比β粒子强得多。因此,在使用β放射源时不能忽视γ光子的防护,即使是纯β发射体,也要注意减少轫致辐射的影响。屏蔽β射线应选用低原子序数的材料(如塑料、有机玻璃、铝板等),以减少轫致辐射,外面再用高原子序数的材料屏蔽轫致辐射和其他γ光子。

3.低能光子源

(1)定义

利用发射低能γ射线和X射线的放射性核素,或利用β辐射体与靶物质产生的轫致辐射制成的源统称为低能光子源。

(2)用途

主要用于厚度计、密度计、X射线荧光分析仪等仪表。发射低能光子的常用放射性核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm等。

(3)辐射防护

低能光子比较容易屏蔽,但要注意可能存在的高能γ射线和轫致辐射的影响。由于α放射性核素制成的低能光子源,当活度较高时,不能忽略其自发裂变私(α,n)反应产生的中子。另外,低能光子的散射效应相当显着,使用时应考虑对散射的防护。

(4)保存方法

低能光子源用铍窗密封,铍不耐酸、碱腐蚀,也不耐水,使用和存放时应保持干燥,防止受潮,以免铍窗变质。

4.γ放射源

(1)用途

γ放射源是使用最多的放射源,广泛用于工业、农业、医疗和科研等各个部门。为了获得高剂量率的辐射场,装源量多数在3×1015~2×1016Bq(约为105~6×105Ci)范围内,大于3×1016Bq(≈106Ci)的γ辐照装置已不少见。活度在108~2×1012Bq(3mCi~60Ci)的γ放射源主要用于各种核仪表(如料位计、核子秤、密度计等)、工业射线照相(无损探伤)和人体腔内治疗。。

(2)特性

γ射线的贯穿能力很强,其辐照范围往往超出工作场所之外。使用γ放射源主要防止外照射。

(3)辐射防护

γ源在固定工作场所使用时,应利用建筑物的墙和门进行屏蔽,使屏蔽墙外人员所受辐射低于规定的剂量限值。同时,为了防止人员误入辐照室造成误照,应有可靠的安全联锁装置,设置警告信号和标志等。源的使用场所若经常变化(如起室外γ探伤),可临时用栏杆、绳子或其他障碍物围起来。

活度小于50MBq(≈1.5mCi)的γ源,一般可利用时间防护和距离防护,对工作场所外的影响很小。

5.中子源

(1)用途

中子源在36365快速检测中心_beat365网站地址_mobile365体育投注勘探、活化分析、辐射育种、湿度测量和科学研究等领域得到广泛应用。

利用α粒子与轻元素(如铍)的(α,n)反应或高能γ射线与铍(或氘)的(γ,n)反应,可制成具有不同能谱的中子源。

(2)种类

常用的中子源有镭-铍中子源、镅-铍中子源、钋-铍中子源、钚-铍中子源等。。

同一类型、同样α活度的中子源,由于制源方法不同,它们的中子产额、中子能谱和γ光子产额可能差别很大,应以生产单位给出的数据为准。

利用重核自发裂变产生中子的中子源称为自发裂变中子源。其中252Cf中子源应用最多。

由于252Cf中子源中子产额高、体积小、可制成点源,因此用它作为中子源在各个领域得到了广泛应用。

(3)辐射防护

中子的贯穿能力很强,使用中子源时应着重外照射的防护,一般用石蜡、聚乙烯等含氢材料较多的物质,将快中子慢化,然后用吸收截面大的物质(如锂、硼等)吸收慢中子。同时在屏蔽中子的同时还要注意对γ射线的屏蔽。所以对中子源的屏蔽要进行中子和γ射线的混合屏蔽。

二、非密封放射源

(一)非密封源概念

不满足密封源定义中所列条件的源为非密封源,也称开放源或开放型放射源。这种放射源通常没有被容器密封起来,有的不用时是密封的,使用时就得打开它的密封容器,使放射性物质直接与周围环境的介质接触。使用这种放射源的工作场所称为非密封源工作场所。

最常用的核素有125I、131I、99mTc、3H、14C、32P、35S、153Sm、89Sr、18F、99Mo等。

医用131I放射性标准容溶液

(二)非密封源用途

非密封源主要用于医学诊断、治疗用放射性药物、放射免疫药盒,农业、生物、水文、36365快速检测中心_beat365网站地址_mobile365体育投注、科研用放射性同位素示踪剂,等等。

非密封源的特点是,在使用或操作过程中它们的物理化学性质可能变化,如加温时固体可变成液体,液体可变成气体。当容器损坏时,液体会漏出扩散,造成表面污染。所以在使用非密封源时,会对人员造成外照射和内照射,会产生废水、废气和固体废物,如果发生事故还会造成工作场所和环境污染。

(三)非密封源场所分级

1.工作场所分级

(1)在防护条件相同的条件下,操作的放射性活度(操作量)越大,可能造成工作场所和环境污染的程度越严重。为了便于对操作量不同的工作场所提出不同的防护要求,将非密封工作场所按放射性核素日等效最大操作量的大小分为甲、乙、丙三个等级,如表6--3所示。

(2)放射性核素的日等效操作量等于放射性核素的实际日操作量(Bq)与该核素毒性组别修正因子的积除以与操作方式有关的的修正因子所得的商。

2.放射性核素毒性分组

放射性核素毒性分组详见《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)附录D。常用放射性核素的毒性分组如下:

极毒组:210Po、226Ra、233U、234U、238Pu、239Pu、241Am、242Cm、252Cf

高毒组:35Si、60Co、90Sr、144Ce、152Eu、210Pb、210Bi、

237Np

中毒组:22Na、32P、35S(无机)、45Ca、55Fe、57Co、63Ni、

65Zn、67Ga、89Sr、90Y、99Mo、124Sb、125I、131I

137Cs、133Ba、147Pm、153Sm、192Ir、198Au、204Tl

214Pb、214Bi、U天然

气态核素:14C、125I、131I

低毒组:18F、40K、99mTc、115In、129I、232Th、235U、238U

气态核素:3H(元素)、3H(氚水)、35SO2、41Ar、

85Kr、133Xe

1.日等效最大操作量

式中:Ai-操作第i种放射性核素的活度,Bq;

Gi-放射性核素毒性组别系数;

Fi-操作方式与放射源状态修正系数。

来源:核安全综合知识辅导读本