Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации» ОАО «НИИТФА» (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к ядерной физики, а точнее к производству изотопов для использования в качестве источника гамма-излучения в дефектоскопах при анализе материалов без их разрушения. Способ получения радиоизотопа европий-155 для использования в гамма-дефектоскопии при облучении ионизирующим излучением мишени с самарием-154. Облучение мишени проводят протонным пучком циклотрона. Изобретение направлено на повышение производительности и снижение материальных затрат за счет увеличения срока перезарядка гамма-дефектоскопа, а также позволяет накопить на мишени европий-155 в количестве, достаточном для получения источника излучения гамма-дефектоскопов.
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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 Sm 2 O 3 , плотность 7,54 г/см 3 . 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]:
где N 01 — количество ядер исходного стабильного нуклида Sm-154 в одном грамме оксида Sm 2 O 3 ; 2 — константа распада образующего радионуклида Eu-155; Ф — плотность потока протонов; 1 — сечение поглощения протона ядром Sm-154; 2 — сечение поглощения протона ядром Eu-155; 1 =Ф· 1 ; 2 = 2 +Ф· 2 .
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: N 01 =3,37·10 21 ядер Sm-154/г оксида, 1 =1,53·10 -8 с -1 , 2 =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=1·10 7 c=100 суток достигнет величины А 2 =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.
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.
Источник
Способ получения европия-155 для гамма-дефектоскопии
Владельцы патента RU 2431211:
Изобретение относится к ядерной физики, а точнее к производству изотопов для использования в качестве источника гамма-излучения в дефектоскопах при анализе материалов без их разрушения. Способ получения радиоизотопа европий-155 для использования в гамма-дефектоскопии при облучении ионизирующим излучением мишени с самарием-154. Облучение мишени проводят протонным пучком циклотрона. Изобретение направлено на повышение производительности и снижение материальных затрат за счет увеличения срока перезарядка гамма-дефектоскопа, а также позволяет накопить на мишени европий-155 в количестве, достаточном для получения источника излучения гамма-дефектоскопов.
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/см 3 . 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 ЕВ, который равен [4]:
При Z=63 имеем ЕВ=12,6 МэВ.
Удельная активность накопившегося радионуклида равна [1]:
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=3,37·10 21 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=1·10 7 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.
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.
Источник
Способ получения радиоактивных изотопов для промышленной дефектоскопии
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
МЕТОДЫ ДЕФЕКТОСКОПИИ РАДИАЦИОННЫЕ
Non-destructive testing. Methods of defectoscopy, radiation. Field of application
Дата введения 1983-07-01
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 5 февраля 1982 г. N 484
Постановлением Госстандарта СССР от 26.11.87 N 4289 срок действия продлен до 01.07.93*
* Ограничение срока действия снято по протоколу Межгосударственного Совета стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 2, 1993 год). — Примечание изготовителя базы данных.
ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 1991 г.
Настоящий стандарт устанавливает область применения радиационных (радиографического, электрорадиографического, радиоскопического и радиометрического) методов дефектоскопии продукции с использованием излучения рентгеновских аппаратов, излучения закрытых радиоактивных источников на основе Со, Cs, Iг, Se, Tm и тормозного излучения бетатронов.
Классификация методов контроля — по ГОСТ 18353-79.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Радиационные методы дефектоскопии следует применять для обнаружения в объектах контроля дефектов: нарушений сплошности и однородности материала, внутренней конфигурации и взаимного расположения объектов контроля, не доступных для технического осмотра при иx изготовлении, сборке, ремонте и эксплуатации.
1.2. Выбор метода или комплекса методов и средств контроля следует проводить в соответствии с требованиями стандартов, технических условий и рабочих чертежей, утвержденных в установленном порядке, на конкретный объект контроля, а также с учетом требований настоящего стандарта, технических характеристик средств контроля, конструктивных особенностей объектов контроля, технологии их изготовления, размеров выявляемых дефектов и производительности контроля.
1.3. Радиационные методы неразрушающего контроля следует указывать в стандартах и технических условиях на объекты контроля.
1.4. Виды дефектов, выявляемых радиационными методами при контроле объектов, указаны в табл. 1.
Чувствительность контроля сварных соединений — по ГОСТ 3242-79, ГОСТ 7512-82 и ГОСТ 23055-78; паяных соединений — по ГОСТ 24715-81.
Слитки и отливки
Трещины, раковины, поры, рыхлоты, металлические и неметаллические включения, неслитины, ликвации
Сварные соединения, выполненные точечной и роликовой сваркой
Трещины, поры, металлические и неметаллические включения, выплески, непровары (непровары определяют по отсутствию темного и светлого колец на изображении сварной точки при резко выраженной неоднородности литой зоны или при применении контрастирующих материалов)
Трещины, непропаи, раковины, поры, металлические и неметаллические включения
Трещины в головке заклепки или основном материале, зазоры между телом заклепки и основным материалом, изменение формы тела заклепки
Сборочные единицы и детали, железобетонные изделия и конструкции и т. п.
Трещины, раковины, коррозия, отклонения размеров, зазоры, перекосы, разрушение и отсутствие внутренних элементов изделия, отклонения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения арматуры и т.п.
2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
2.1. Радиографический метод
2.1.1. Напряжение на рентгеновской трубке, радиоактивный источник излучения, энергию ускоренных электронов бетатрона следует выбирать в зависимости от толщины и плотности просвечиваемого материала по табл. 2-4.
Область применения радиографического метода дефектоскопии при использовании рентгеновских аппаратов
Толщина просвечиваемого материала, мм
Напряжение на рентгеновской трубке, кВ, не более
Сплав на основе
Неметаллический материал со средним атомным номером (плотность, г/см )
Источник
Радиационная дефектоскопия
Основная информация:
Радиационная дефектоскопия сварных соединений
Наиболее распространенными методами контроля качества сварных соединений являются радиационные методы, при которых в основном используются рентгеновские и изотопные источники ионизирующих излучений.
Выявление дефектов в сварном соединении основано на том, что поглощение ионизирующего излучения зависит от плотности просвечиваемого материала и его атомного номера.
Полезные свойства дефектоскопии.
Чем выше плотность вещества и его атомный номер, тем ниже способность ионизирующего излучения проникать через контролируемое изделие.
Это позволяет выявлять в сварном соединении:
дефекты в виде пор;
шлаковых включений и включений вольфрама;
продольных и поперечных трещин;
подрезов, прожогов;
сплошного или прерывистого непровара, других дефектов.
Одним из серьезных недостатков радиационных методов контроля является ненадежное выявление микротрещин. Поэтому при контроле сварных изделий ответственного назначения радиационные методы сочетаются с другими методами неразрушающего контроля: ультразвуковым, магнитным, люминесцентным и пр.
радиационная дефектоскопия это прежде всего работа на объекте
Распространение и использование.
Чаще всего для контроля сварных соединений используют рентгеновское излучение. Рентгеновскую дефектоскопию начали применять прежде всего для контроля сварных соединений на предприятиях авиационной промышленности. Опыт, накопленный в рентгеновских лабораториях страны, позволил в 1934 г. создать первые производственные инструкции по просвечиванию рентгеновскими лучами сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. В послевоенные годы существенно расширились научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области рентгеновской дефектоскопии, увеличилось производство рентгеновских установок.
Большое влияние на развитие и совершенствование технического рентгеновского просвечивания оказали работы А. К. Трапезникова, его капитальный труд «Рентгенодефектоскопия», работы его учеников и последователей — С. Т. Назарова, С. В. Чернобровова, О. Т. Сильченко, Б. В. Борщева и др. Большой вклад в развитие рентгеновской дефектоскопии вне С. В. Румянцев.
аппарат для радиационной дефектоскопии
К концу 50-х. годов в СССР для рентгеновской дефектоскопии вы пускался ряд типовых установок, отличающихся жесткостью излучения, мощностью и остротой фокуса рентгеновских трубок. Это разработанные заводом «Мосрентген» аппараты типа РУП с энергией рентгеновского излучения 50-400 кВ.
Современный аппарат для рентгеновской дефектоскопии на колесах
Группы аппаратов для рентгеновской дефектоскопии.
Рентгеновские дефектоскопические установки можно подразделить на три группы: аппараты малого напряжения — 60—120 кВ (РУТ-60-20, РУП-120-5); аппараты среднего напряжения —200—400 кВ (РУП-200-5, РУП-200-20-1, РУП-150/300, РУП-400); аппараты с напряжением 1 и 2 МэВ, позволяющие получать сверх жесткие рентгеновские лучи для просвечивания изделий из стали толщиной до 500 мм. Аппараты типа РУП-120-5, РУП-200-5 переносные, остальные — передвижные или стационарные.
В девятой пятилетке созданы и освоены в серийном производстве первые отечественные рентгеновские аппараты для панорамного и фронтального просвечивания с газовой высоковольтной изоляцией. Созданы новые моноблочные аппараты: передвижной рентгеновский аппарат РУП-100-10 с диапазоном изменения высокого напряжения от 8 до 100 кВ для контроля изделий из легких сплавов, пластмасс и тонкостенных стальных изделий, рентгеновский аппарат для панорамного просвечивания сварных швов трубопроводов диаметром до 1420 мм РАП-160-6П, рентгеновский аппарат РУП-200-5-2, а также рентгеновский передвижной аппарат для просвечивания материалов в дефектоскопических лабораториях РУП-400-5-1. В последние годы созданы более совершенные стационарные и передвижные аппараты типа РАП-150/300, РАП- 220-5П, РАП-220-5Н и другие.
Следует отметить существенный прогресс в направлении создания импульсных рентгеновских аппаратов для дефектоскопии типа ИРА и РИНА.
В отличие от микро-секундных аппаратов ИРА-1Д и ИРА- 2Д новые аппараты РИНА-1Д и РИИА- 2Д имеют меньшие габариты и массу я более длительный срок службы. Эти аппараты хорошо зарекомендовали себя при контроле сварных соединении магистральных газонефтепроводов и при работе в монтажных условиях.
В нашей стране разработано несколько типов бетатронов для просвечивания сварных соединении толщиной до 500 мм. Первые работы в этом направлении выполнены Томским политехническим институтом. В последние годы институтом разработаны бетатроны для просвечивания металлов различной толщины: малогабаритный бетатрон модель МИБ-6-200 на энергию б МэВ для контроля сварных швов и изделий из стали толщиной до 200—300 мм; стационарный бетатрон на энергию 35 МэВ модели Б-35-1000 для просвечивания стальных изделий толщиной от 100 до 450 мм; компактный сильноточный бетатрон и сильноточный стереобетатрон на энергию 25—30 МэВ моделей соответственно КБС-2-25 и КБС-3-30.
Для контроля сварных соединений больших толщин также применяют линейные ускорители и микротроны.
Так, при контроле сварных соединений изделий атомной энергетики успешно используют линейный ускоритель ЛУЭ-10-2Д.
Проведения дефектоскопии сварных соединение на монтаже
Получает применение радиоскопический метод контроля с использованием электронно-оптических преобразователей и монокристаллических экранов в сочетании с телевизионными системами, преобразующими рентгеновское изображение в видимое. Работы, проведенные в последнее время, показывают, что с помощью радиоскопии можно повысить производительность контроля в 10—20 раз. Радиоскопия заключается в просвечивании изделий ионизирующим излучением, преобразовании скрытого радиационного изображения объекта в светотеневое или электронное изображение и усилении в передаче этих изображений или непосредственно оператору, или на расстояние с помощью оптических и телевизионных систем для после дующего визуального анализа на выходных экранах.
Рентгенотелевизионные установки.
С помощью рентгенотелевизионных установок, разработанных в Научно-исследовательском институте интроскопии, можно контролировать сварные соединения с чувствительностью, приближающейся к чувствительности радиографического метода, и с производительностью, превышающей производительность последнего [63].
Достоинство «того метода — возможность механизации процесса контроля.
Заводы намечается оснащать рентгенотелевизионными установками на основе рентгеновидиконов диаметром 18 и 90 мм — ПТУ-38 и ПТУ-39, установками с рентгеновидиконом диаметром 150 мм, а также установкам типа РИ-20Т и РИ-60ТК, рентгеновской аппаратурой с усилителями яркости изображения.
Усовершенствованием метода рентгеновского контроля промышленных изделий является фиксация рентгеновского изображения при помощи ксерографического способа. Его применяют взамен фотографического, при этом уменьшается стоимость рентгеновского контроля при сохранении чувствительности к выявлению дефектов, близкой к радиографическому способу. Ксерографический способ контроля является более производительным, чем рентгенографический.
Для контроля сварных соединений в труднодоступных местах при отсутствии источников электропитания, когда не-возможно использовать рентгеновские установки или ускорители, применяют гамма-дефектоскопию. В этом случае для просвечивания сварного соединения используют гамма- или тормозное излучение радиоактивных изотопов. В СССР гамма-лучи для дефектоскопии металлов впервые использовали в 1926 г. работники Государственного радиевого института JI. В. Мысовский и Т. С. Измайлова.
Они применяли естественные радиоактивные препараты радия мезотория. Однако высокая стоимость препаратов не позволила широко внед рить гамма-просвечивание в производство.
С появлением в начале 50-х годов искусственных радиоактивных препаратов — изотопов для промышленной гаммаграфии широко используют искусственный радиоактивный изотоп кобальта. Развитие ядерной энергетики позволило получить изотопы с различными характеристиками излучения.
В СССР для гамма-дефектоскопии чаще всего применяют следующие изотопы: кобальт-60, цезий-137, иридий-192, тулий-170, селен-75. Источник излучения, необходимый для решения производственных задач, выбирают в зависимости от толщины и плотности материала, возможной технологии контроля. Для стали толщиной менее 15—20 мм используют тулий-170, для более толстых образцов применяют другие источники, при этом кобальт-60 применяют для металла толщиной свыше 40—60 мм.
Советские ученые и специалисты еще до начала 50-х годов провели научно-исследовательские работы, способствовавшие внедрению гамма-дефектоскопии в заводских условиях. Пионером разработки и внедрения гамма-дефектоскопии в ряде отраслей машиностроения является С. Т. Назаров.
Фундаментальные исследования в области гамма-дефектоскопии выполнены С. В. Румянцевым и его учениками [58, 59, 61].
Инициатором широкого внедрения этого способа в промышленности в послевоенные годы был В. С. Соколов. Большой вклад в развитие методов и средств радиоизотопной дефектоскопии внесли специалисты ВНИИ радиационной техники.
Дальнейшее развитие.
С начала 50-х годов гамма-дефектоскопию применяют в различных отраслях промышленности: черной металлургии, химическом, тяжелом машиностроении, судостроении и др. Первые в СССР гамма-дефектоскопы для контроля сварных соединений типа ГОД-1, ТОП-1 и ТРК-1 были созданы в 1950 г. в Институте биофизики Министерства здравоохранения СССР и типа КС-5, КС-6, КС-7— в ЦНИИ черной металлургии.
