放射源的制備-羅曉芳

放射源的制備同位素技術與應用課程報告報告人：羅曉芳放射源制備

隨著核能、核技術的發(fā)展，核設施、放射性同位素和射線裝置在科學研究、醫(yī)療、工業(yè)、農業(yè)、地質調查和教學等領域已被受到越來越廣泛的應用。

我國核技術應用始于上世紀三十年代，經(jīng)歷了開創(chuàng)初期、開展應用和全面發(fā)展幾個階段。特別是九十年代以后，核技術的應用步入了商業(yè)化進程，在國防、醫(yī)療、科研、工業(yè)、農業(yè)、能源等領域二十多個行業(yè)廣泛應用，已初步形成具有一定規(guī)模和水平較為完整的體系。前言

據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有放射源14萬枚，其中11萬枚放射源在涉源單位中使用，３萬枚放射源已被收貯，放射源使用數(shù)目年均以20%的速度增加。涉源單位約1.2萬家，并且年均以15%的速度上升，主要分布在建材、醫(yī)療、科研院校、石油、化工、造紙、冶金、煤炭、輻照加工等24個行業(yè)。在用放射源的核素近五十種，其中主要核素是137Cs、60Co、241Am、238Pu、90Sr、192Ir、63Ni等。

前言目錄CONTENTS放射源的基礎知識放射源制備技術放射源的設計概要典型放射源的制備01020304放射源的基礎知識01Rememberthathappinessisawayoftravel,notadestination.有反射性的同位素稱為“放射性同位素”放射性同位素是指用放射性物質制備的小型緊湊的輻射源的通稱輻射源

指能發(fā)射電離輻射的物質或裝置。從廣義上講，凡能釋放

各種電離輻射的物質或裝置(如宇宙射線)均可視為輻射源。放射源基本概念同位素具有相同質子數(shù)，不同中子數(shù)（或不同質量數(shù)）同一元素的不同核素互為同位素。放射源制備放射源的基礎知識01放射源制備Ⅰ類放射源為極高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾分鐘到1小時就可致人死亡;Ⅱ類放射源為高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時至幾天可致人死亡;Ⅲ類放射源為危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡;Ⅳ類放射源為低危險源?；静粫θ嗽斐捎谰眯該p傷，但對長時間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復的臨時性損傷;Ⅴ類放射源為極低危險源。不會對人造成永久性損傷。

《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》根據(jù)《放射源分類辦法》（環(huán)保總局05年62號公告），對常用不同核素的64種放射源按此表進行分類：放射源基礎知識01密封性

密封源、非密封源輻射類型

α源、β源、γ源、低能光子源和中子源幾何形狀

點狀源、線源、平面源和圓柱源應用放射性探井源、工業(yè)照相源、輻射登記表用源、離子發(fā)生器用源、醫(yī)療用源等、同位素儀表用測厚源、離子感煙探測器用火警源、X射線熒光分析用低能光子源、γ照相探傷源、靜電消除源和同位素熱原等放射源的分類放射源制備放射源基礎知識01密封源非密封源密封源是密封在包殼或緊密覆蓋層里的放射性物質，工農業(yè)生產(chǎn)中應用的料位計、探傷機等使用的都是密封源，如鈷-60、銫-137、銥-192等。非密封源是指沒有包殼的放射性物質，醫(yī)院里使用的放射性示蹤劑屬于非密封源，如碘-131、碘-125、锝-99m等。放射源的分類——按密封性分放射源制備放射源的分類——按輻射類型分放射源基礎知識01放射源的分類——按輻射類型分α源β源中子源γ源α放射源是以發(fā)射α粒子束為基本特征的放射源α粒子能量一般為4-8Mev，在空氣中的射程為2.5-6.0cm，在固體中的射程為10-20μm。常用的α放射源主要有：241Am，238Pu,239Pu，244Cm，和210Poβ放射源是指可發(fā)射電子的同位素放射源。β放射源按發(fā)射粒子的最大能量分為三類：低能β（電子）源；中能β源和高能β源3H源、和55Fe俄歇電子源。14C、147Pm、85Kr、204Tl源以發(fā)射γ輻射為主要特征的放射源γ輻射通常是其它類型核衰變的伴隨輻射。能產(chǎn)生中子的裝置叫中子源。目前常用的中子源有：同位素中子源，加速器中子源和反應堆中子源。放射源制備目錄CONTENTS放射源的基礎知識放射源制備技術放射源的設計概要典型放射源的制備01020304在具體設計時應遵循有關放射源的國際標準和國家標準，還應遵循有關法令和規(guī)章制度（包括外包裝和運輸?shù)龋?。放射源的設計必須滿足使用要求，包括各種技術參數(shù)、操作環(huán)境、使用期限等放射源設計概要0201設計依據(jù)02設計內容源芯

源殼

包裝容器放射源制備放射源設計概要02放射源設計依據(jù)——相關標準GB/T18871-2002電離輻射防護與輻射源安全基本標準輻射防護手冊.原子能出版社.1987放射源編碼規(guī)劃.國家環(huán)?？偩址派湓粗苽浞派湓丛O計概要02放射源設計依據(jù)——基本參數(shù)

輻射類型

活度及輻射強度

源的使用期限

源的外形結構和尺寸基本參數(shù)放射源制備放射源設計概要02輻射類型包括輻射種類和能量

有的核素衰變只發(fā)射一種輻射，也可能發(fā)射兩種或多種輻射輻射類型01短半衰期核素放射源的使用期限與核素的半衰期有關。長半衰期核素放射源的使用期限考慮放射源的安全性能。

源的使用期限03放射源的活度取決于放射性核素的數(shù)量活度及輻射強度02適應不同的使用要求。有點狀、線狀、細絲狀等。

源的外形結構和尺寸04放射源制備放射源設計概要02放射源設計內容——典型結構源芯：放射源中含有放射性物質的部分源殼：用于防止放射性泄漏的一種保護殼有的放射采用緊密結合的覆蓋層作為源窗包裝容器：確保運輸過程安全密封源放射源制備放射源設計概要02放射源設計內容——密封源制作源芯：核素選擇、源強確定、源芯形式；源殼：機械強度、材料選擇、熱效應和內應力、焊接接頭、封裝層數(shù)、源窗厚度容器：包裝容器運輸方式放射源制備放射源設計概要02放射源設計內容——密封源制作-源芯（1）核素選擇根據(jù)使用場合或配套一起，判定所需輻射類別、射線能量、放射源類型，還要考慮價格因素，進而選擇適用的核素。同一種核素可能有多種輻射形式，若對利用的主要射線有干擾，則應從源芯制造和源殼結構上予以防止或減少至最低水平。（2）源強確定在滿足使用要求的基礎上，為了確保使用安全，應盡量減少放射性物質的投料量。（3）源芯形式為了確保放射源使用的可靠性和安全性，

源芯應具有穩(wěn)定的化學形式和合適的物理形式。放射源制備放射源設計概要02放射源設計內容——密封源制作-源殼（1）機械強度在使用環(huán)境已經(jīng)固定和源芯形式已經(jīng)確定時，應使包裹源芯的源殼，其機械強度足以能承受來自源芯內部和來自環(huán)境外部的熱作用、機械作用和化學作用（2）材料選擇由于源殼與源芯直接接觸，必須考慮到材料的相容性。與此同時，也應考慮環(huán)境因素。此外，還應該考慮材料的機械加工性能、可焊性和耐輻照性能等。（3）熱應力和內應力一些放射源因核素的衰變、自發(fā)裂變或誘發(fā)裂變等產(chǎn)生的內熱，導致源的溫度升高。（4）焊接接頭一般來說“端接”焊縫的抗拉強度不如圓柱面上的“對接”焊縫，單焊封操作易于實施，源殼可獲得較好的冷卻，焊邊也不易被放射性污染。（5）封裝普通放射源，一般用單層源殼封裝即可，但是對于有的則采用雙層，甚至多層源殼封裝。層與層之間應配合良好。（6）源窗厚度根據(jù)射線能量確定源窗厚度。放射源制備放射源設計概要02放射源設計內容——密封源制作-包裝容器

為了確保放射源在運輸過程中的安全，保護公眾和運輸人員的健康，保護周圍環(huán)境，放射源的設計還要考慮到包裝容器和運輸方式，并根據(jù)國際原子能機構標準No-ST-1規(guī)定設計貨包并進行檢驗。

總的來說，放射源的設計應兼顧到適用性、安全性和經(jīng)濟性，所設計的放射源是否合理、合適、合用還需要通過原型源的分級檢驗和用戶提出的特殊試驗予以驗證。放射源制備目錄CONTENTS放射源的基礎知識放射源制備技術放射源的設計概要典型放射源的制備01020304放射源制備技術0301

放射性核素的選擇輻射的種類、數(shù)量、半衰期、比活度、價格.02源芯的制備技術陶瓷、搪瓷、玻璃

粉末冶金—滾軋

電化學03源的密封技術源殼材料和源窗材料的選擇源殼設計加工和焊封放射源制備放射源制備技術03（1）陶瓷、搪瓷、玻璃制源法陶瓷、搪瓷、玻璃的主要成分是氧化鋁、氧化硅等、多數(shù)放射性核素的氧化物可同陶瓷、搪瓷、玻璃料和其他輔料一起，在高溫下形成含有放射性核素的陶瓷、搪瓷或玻璃體，這類活性塊具有化學穩(wěn)定性好、耐輻照、耐高溫等特點。

用這類方法制備的活性快需密封在金屬源殼中或表面加保護膜才能使用。陶瓷、搪瓷和玻璃法可制備α源、β源、γ源和中子源。這些方法適于大批量生產(chǎn)放射源。源芯制備技術放射源制備放射源制備技術03（2）粉末冶金-滾軋制源法這種方法包括兩種技術，粉末冶金和滾軋，有時簡稱位粉末冶金法。該法的主要過程是用粉末冶金制備含有放射性物質的毛坯，將毛坯夾封在延展性好、抗腐蝕性能強的金屬材料中，軋制箔源。毛坯中主要成分（>90%）是金粉或銀粉?；旌系姆椒ㄓ袃煞N：干法和濕法。

粉末冶金軋制的低活度源，一般不需要再加保護層。

粉末冶金法適用于大批量生產(chǎn)活度較低的α和β放射源。源芯制備技術毛坯壓制成型高溫燒結箔源放射源制備放射源制備技術03（3）

電化學制源法1.電鍍電鍍液中含有的放射性金屬離子，在適當?shù)碾妷合?，可在陰極表面還原為金屬，或以某種化合物形式沉積在陰極表面。2.自鍍

溶液中某些放射性核素的離子可自沉積在一些電極電位值比它更負的金屬表面上，由于這種過程是自發(fā)進行的，所以稱作自沉積或自鍍，如在鹽酸溶液中Po4+可自沉積在銀、銅、鎳、鉍等金屬表面上。電化學自沉積法制放射源，只適用于少數(shù)核素。源芯制備技術放射源制備放射源制備技術03（4）

其它制源法源芯制備技術還有其他制源方法，如真空升華法，電濺射法，吸附法，溶液蒸發(fā)法，有機合成法等。

但是，這些方法應用面比較窄。放射源制備放射源制備技術03源的密封技術源殼材料的選擇須符合放射源分級標準的要求，具體要求是：（1）抗腐蝕性能好，不與源內放射性物質發(fā)生化學反應，不受環(huán)境氣氛腐蝕，有時內層殼和外層殼選用不同的材料。（2）足夠的機械強度（3）耐腐蝕性（4）易加工（5）易實施焊接（1）

源殼材料的選擇放射源制備放射源制備技術03源的密封技術（2）

源殼的設計

源窗是源殼的一部分，是有效輻射主要通過部位，對于α、β和低能γ源，多用與整體源殼材料不同的薄的低原子序數(shù)材料。源窗和源殼主體焊封在一起，如果源殼主體和源窗為同一種材料，則源窗部位比較薄。

源殼設計時，必須考慮源的放置空間和輻射分布。放射源制備放射源制備技術03源的密封技術（3）

加工和焊封通常設計的源殼都是圓柱體的，這種源殼裝料多，機械強度高，容易加工和實施自動焊封。

放射源的焊封根據(jù)源殼材料和源的密封要求，可采用氬弧焊、銀焊、錫焊、冷焊、摩擦焊、擴散焊、儲能焊、等離子焊、電子束焊等，還可以采用氣鍍密封、滾壓密封、高頻焊封和用粘結劑密封等。放射源制備目錄CONTENTS放射源的基礎知識放射源制備技術放射源的設計概要典型放射源的制備01020304典型放射源的制備0411放射源制備典型放射源制備04用途：α放射源主要用于煙霧報警器、靜電消除器、放射性避雷針等的粒子發(fā)生器。種類：210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U、238U箔窗活性塊狀襯里（1）α放射源結構【注】箔窗常用10μm以下的金或金靶合金箔放射源制備典型放射源制備04α放射源應用——離子煙霧報警器

有一個或者兩個電離室，所用放射源—镅-241（241Am），強度約0.8微居里左右；

正常狀態(tài)下電離室收集電流穩(wěn)定在一個值，當由煙塵進入電離室會破壞α粒子的電離效應，電流會發(fā)生變化，超過設定的閾值時會發(fā)出警報；

源活度極小，產(chǎn)品豁免管理。放射源制備典型放射源制備04制備241Am、238Pu、244Cmα放射源的主要方法分述如下：電鍍法：镅、钚、鋦等錒系元素不能從水溶液中以金屬形式沉積在陰極上，它們的化合物的水解產(chǎn)物在適宜的PH范圍內可沉積在陰極表面上。在水溶液中，錒系元素的氧化-還原電位均在氫的電位之后，因此在陰極上進行氫還原。這樣，在陰極區(qū)積累大量的OH-離子，形成以個高PH區(qū)，溶液中的錒系元素正離子與OH-離子形成氫氧化物，并易沉積在陰極上，電解過程是：放射源制備典型放射源制備04電鍍源須在空氣中加熱到800℃灼燒，把氫氧化物轉化為氧化物，使鍍層穩(wěn)定性和牢固性好并與底托結合牢固。優(yōu)點：用共電沉積法生產(chǎn)的α源，放射性物質分布均勻，能譜分散度小，源托片四周無放射性物質，安全性能好，美國用這種工藝生產(chǎn)離子感煙探測器的電離源。制備241Am、238Pu、244Cmα放射源的主要方法分述如下：放射源制備典型放射源制備04用途：β放射源主要用于β活度或能量刻度的參考源，還常用于放射性測厚儀、皮膚敷貼器、氣相色譜儀的電子捕集器、原子燈。種類：3H、214C、55Fe、58Co、60Co、63Ni、85Kr、90Sr、90Y、147Pm、204TI等（2）β放射源結構：中、低β源于α源相似，高能β源于γ源相似。需要源窗，尤其是低能β源，覆蓋很薄的保護膜即可。放射源制備典型放射源制備04β放射源應用——皮膚敷貼器

90鍶β射線射程、治療血管瘤機理：90鍶-90釔，釋放的β射線能量高達2，274兆電子伏，射線穿透皮下深度可達11mm。其有效射程為3-4mm，4mm以下的射線能量遞減，終為‘0’。

在4-11mm內仍能治愈一些不太厚的海綿狀、混合型血管瘤。放射源制備典型放射源制備0490Sr、90Y是長期平衡的母子體衰變鏈核素，均屬于純β放射體。90-Sr的衰變過程：銀粉鍶-90不溶性化合物制備粉末制備（濕法）活性快模壓活性帶軋制成品源軋制保護層覆蓋鍶-90敷貼器裝配包裝運輸源托鍶-90皮科敷貼器的粉末冶金工業(yè)流程圖放射源制備典型放射源制備04用途：廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、科研等部門。是使用最多的放射源。種類：60Co、137Cs、192Ir、226Ra等（3）γ放射源放射源制備典型放射源制備04釔-19