放射源的制備-羅曉芳

放射源的制備同位素技術(shù)與應(yīng)用課程報(bào)告報(bào)告人：羅曉芳放射源制備

隨著核能、核技術(shù)的發(fā)展，核設(shè)施、放射性同位素和射線裝置在科學(xué)研究、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)調(diào)查和教學(xué)等領(lǐng)域已被受到越來越廣泛的應(yīng)用。

我國核技術(shù)應(yīng)用始于上世紀(jì)三十年代，經(jīng)歷了開創(chuàng)初期、開展應(yīng)用和全面發(fā)展幾個(gè)階段。特別是九十年代以后，核技術(shù)的應(yīng)用步入了商業(yè)化進(jìn)程，在國防、醫(yī)療、科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源等領(lǐng)域二十多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)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(jì)，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(gè)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(chǔ)知識(shí)放射源制備技術(shù)放射源的設(shè)計(jì)概要典型放射源的制備01020304放射源的基礎(chǔ)知識(shí)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(zhì)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(zhì)或裝置。從廣義上講，凡能釋放

各種電離輻射的物質(zhì)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(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)（或不同質(zhì)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(chǔ)知識(shí)01放射源制備Ⅰ類放射源為極高危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾分鐘到1小時(shí)就可致人死亡;Ⅱ類放射源為高危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾小時(shí)至幾天可致人死亡;Ⅲ類放射源為危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾小時(shí)就可對(duì)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(xiǎn)源?；静粫?huì)對(duì)人造成永久性損傷，但對(duì)長時(shí)間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復(fù)的臨時(shí)性損傷;Ⅴ類放射源為極低危險(xiǎn)源。不會(huì)對(duì)人造成永久性損傷。

《放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例》根據(jù)《放射源分類辦法》（環(huán)?？偩?5年62號(hào)公告），對(duì)常用不同核素的64種放射源按此表進(jìn)行分類：放射源基礎(chǔ)知識(shí)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(diǎn)狀源、線源、平面源和圓柱源應(yīng)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(cè)厚源、離子感煙探測(cè)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?zé)嵩确派湓吹姆诸惙派湓粗苽浞派湓椿A(chǔ)知識(shí)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(zhì)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的料位計(jì)、探傷機(jī)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(zhì)，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(chǔ)知識(shí)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(yīng)堆中子源。放射源制備目錄CONTENTS放射源的基礎(chǔ)知識(shí)放射源制備技術(shù)放射源的設(shè)計(jì)概要典型放射源的制備01020304在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循有關(guān)放射源的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)遵循有關(guān)法令和規(guī)章制度（包括外包裝和運(yùn)輸?shù)龋?。放射源的設(shè)計(jì)必須滿足使用要求，包括各種技術(shù)參數(shù)、操作環(huán)境、使用期限等放射源設(shè)計(jì)概要0201設(shè)計(jì)依據(jù)02設(shè)計(jì)內(nèi)容源芯

源殼

包裝容器放射源制備放射源設(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)依據(jù)——相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18871-2002電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)輻射防護(hù)手冊(cè).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(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)依據(jù)——基本參數(shù)

輻射類型

活度及輻射強(qiáng)度

源的使用期限

源的外形結(jié)構(gòu)和尺寸基本參數(shù)放射源制備放射源設(shè)計(jì)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(guān)。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(qiáng)度02適應(yīng)不同的使用要求。有點(diǎn)狀、線狀、細(xì)絲狀等。

源的外形結(jié)構(gòu)和尺寸04放射源制備放射源設(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)內(nèi)容——典型結(jié)構(gòu)源芯：放射源中含有放射性物質(zhì)的部分源殼：用于防止放射性泄漏的一種保護(hù)殼有的放射采用緊密結(jié)合的覆蓋層作為源窗包裝容器：確保運(yùn)輸過程安全密封源放射源制備放射源設(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)內(nèi)容——密封源制作源芯：核素選擇、源強(qiáng)確定、源芯形式；源殼：機(jī)械強(qiáng)度、材料選擇、熱效應(yīng)和內(nèi)應(yīng)力、焊接接頭、封裝層數(shù)、源窗厚度容器：包裝容器運(yùn)輸方式放射源制備放射源設(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)內(nèi)容——密封源制作-源芯（1）核素選擇根據(jù)使用場(chǎng)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(jià)格因素，進(jìn)而選擇適用的核素。同一種核素可能有多種輻射形式，若對(duì)利用的主要射線有干擾，則應(yīng)從源芯制造和源殼結(jié)構(gòu)上予以防止或減少至最低水平。（2）源強(qiáng)確定在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，為了確保使用安全，應(yīng)盡量減少放射性物質(zhì)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(yīng)具有穩(wěn)定的化學(xué)形式和合適的物理形式。放射源制備放射源設(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)內(nèi)容——密封源制作-源殼（1）機(jī)械強(qiáng)度在使用環(huán)境已經(jīng)固定和源芯形式已經(jīng)確定時(shí)，應(yīng)使包裹源芯的源殼，其機(jī)械強(qiáng)度足以能承受來自源芯內(nèi)部和來自環(huán)境外部的熱作用、機(jī)械作用和化學(xué)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(shí)，也應(yīng)考慮環(huán)境因素。此外，還應(yīng)該考慮材料的機(jī)械加工性能、可焊性和耐輻照性能等。（3）熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)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(nèi)熱，導(dǎo)致源的溫度升高。（4）焊接接頭一般來說“端接”焊縫的抗拉強(qiáng)度不如圓柱面上的“對(duì)接”焊縫，單焊封操作易于實(shí)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(duì)于有的則采用雙層，甚至多層源殼封裝。層與層之間應(yīng)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(shè)計(jì)概要02放射源設(shè)計(jì)內(nèi)容——密封源制作-包裝容器

為了確保放射源在運(yùn)輸過程中的安全，保護(hù)公眾和運(yùn)輸人員的健康，保護(hù)周圍環(huán)境，放射源的設(shè)計(jì)還要考慮到包裝容器和運(yùn)輸方式，并根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)No-ST-1規(guī)定設(shè)計(jì)貨包并進(jìn)行檢驗(yàn)。

總的來說，放射源的設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧到適用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，所設(shè)計(jì)的放射源是否合理、合適、合用還需要通過原型源的分級(jí)檢驗(yàn)和用戶提出的特殊試驗(yàn)予以驗(yàn)證。放射源制備目錄CONTENTS放射源的基礎(chǔ)知識(shí)放射源制備技術(shù)放射源的設(shè)計(jì)概要典型放射源的制備01020304放射源制備技術(shù)0301

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

粉末冶金—滾軋

電化學(xué)03源的密封技術(shù)源殼材料和源窗材料的選擇源殼設(shè)計(jì)加工和焊封放射源制備放射源制備技術(shù)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(xué)穩(wěn)定性好、耐輻照、耐高溫等特點(diǎn)。

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(hù)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(shù)放射源制備放射源制備技術(shù)03（2）粉末冶金-滾軋制源法這種方法包括兩種技術(shù)，粉末冶金和滾軋，有時(shí)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(zhì)的毛坯，將毛坯夾封在延展性好、抗腐蝕性能強(qiáng)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(hù)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(shù)毛坯壓制成型高溫?zé)Y(jié)箔源放射源制備放射源制備技術(shù)03（3）

電化學(xué)制源法1.電鍍電鍍液中含有的放射性金屬離子，在適當(dāng)?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(fù)的金屬表面上，由于這種過程是自發(fā)進(jìn)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(xué)自沉積法制放射源，只適用于少數(shù)核素。源芯制備技術(shù)放射源制備放射源制備技術(shù)03（4）

其它制源法源芯制備技術(shù)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(jī)合成法等。

但是，這些方法應(yīng)用面比較窄。放射源制備放射源制備技術(shù)03源的密封技術(shù)源殼材料的選擇須符合放射源分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，具體要求是：（1）抗腐蝕性能好，不與源內(nèi)放射性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不受環(huán)境氣氛腐蝕，有時(shí)內(nèi)層殼和外層殼選用不同的材料。（2）足夠的機(jī)械強(qiáng)度（3）耐腐蝕性（4）易加工（5）易實(shí)施焊接（1）

源殼材料的選擇放射源制備放射源制備技術(shù)03源的密封技術(shù)（2）

源殼的設(shè)計(jì)

源窗是源殼的一部分，是有效輻射主要通過部位，對(duì)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(shè)計(jì)時(shí)，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(shù)03源的密封技術(shù)（3）

加工和焊封通常設(shè)計(jì)的源殼都是圓柱體的，這種源殼裝料多，機(jī)械強(qiáng)度高，容易加工和實(shí)施自動(dòng)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(kuò)散焊、儲(chǔ)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(jié)劑密封等。放射源制備目錄CONTENTS放射源的基礎(chǔ)知識(shí)放射源制備技術(shù)放射源的設(shè)計(jì)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(bào)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(jié)構(gòu)【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(yīng)用——離子煙霧報(bào)警器

有一個(gè)或者兩個(gè)電離室，所用放射源—镅-241（241Am），強(qiáng)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(gè)值，當(dāng)由煙塵進(jìn)入電離室會(huì)破壞α粒子的電離效應(yīng)，電流會(huì)發(fā)生變化，超過設(shè)定的閾值時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)；

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(nèi)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(jìn)行氫還原。這樣，在陰極區(qū)積累大量的OH-離子，形成以個(gè)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?cè)错氃诳諝庵屑訜岬?00℃灼燒，把氫氧化物轉(zhuǎn)化為氧化物，使鍍層穩(wěn)定性和牢固性好并與底托結(jié)合牢固。優(yōu)點(diǎn)：用共電沉積法生產(chǎn)的α源，放射性物質(zhì)分布均勻，能譜分散度小，源托片四周無放射性物質(zhì)，安全性能好，美國用這種工藝生產(chǎn)離子感煙探測(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)：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(hù)膜即可。放射源制備典型放射源制備04β放射源應(yīng)用——皮膚敷貼器

90鍶β射線射程、治療血管瘤機(jī)理：90鍶-90釔，釋放的β射線能量高達(dá)2，274兆電子伏，射線穿透皮下深度可達(dá)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(nèi)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?chǔ)路派潴w。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(hù)層覆蓋鍶-90敷貼器裝配包裝運(yùn)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(nóng)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