Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

V. ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ КАК ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Излучение радиоактивных элементов в последние годы находит все более и более широкое применение в науке и технике. В этой главе мы рассмотрим применение излучения радиоактивных изотопов для дефектоскопии, в измерительных приборах и приборах контроля и автоматизации производственных процессов, для получения новых веществ в медицине, пищевой промышленности и ряде других важных отраслей науки и техники.

Гамма-дефектоскопия.Как заглянуть внутрь металлического предмета? Как найти в таком теле пустоты, трещины, пузырьки газа и т. д.?

Для просвечивания непрозрачных тел в технике и медицине до последнего времени применялись только лучи рентгена. Однако промышленные рентгеновские установки громоздки, их нельзя переносить с одного места на другое, они требуют источника электрического тока и они не дают возможности просвечивать металлы, толщина которых превышает 5 сантиметров. Вследствие этого на металлургических и машиностроительных предприятиях стали употреблять для просвечивания металлов радий, гамма-лучи которого проникают на большую глубину. Однако радий очень дорог. Поэтому в последнее время вместо него используют более дешевые искусственные радиоактивные изотопы. Наиболее пригодным оказался радиоактивный изотоп кобальта — кобальт 60. Он достаточно долговечен — за пять лет его количество убывает лишь наполовину, — и его легко получить, облучая металлический кобальт нейтронами в ядерном реакторе. Гамма-лучи кобальта 60 обладают большой проникающей способностью (до 30 сантиметров железа), так как их энергия велика и равна 1,3 Мэв. Мощные препараты радиоактивного кобальта можно получить в виде маленького шарика, палочки, пластинки или в любой другой форме. Просвечиванием можно выявить дефекты в металлах, трещины в деталях машин, раковины, пузырьки и неоднородности в отливах, равномерность и качество сварного шва и разрешить ряд других вопросов, используя радиографию.

При просвечивании гамма-лучами по одну сторону детали ставят источник излучения, а по другую — фотопленку. Гамма-лучи поглощаются материалом детали, но в местах, где находятся пустоты и трещины, они поглощаются меньше и, попадая на фотопленку, засвечивают ее неравномерно. При проявлении пленки в местах против трещин и пустот появляется почернение. На рис. 40 показан внешний вид отечественного аппарата для гамма-дефектоскопии ГУП-Со-50 и гаммаграфия дефектной детали, снятой при просвечивании гамма-лучами Со 60.

Кроме кобальта 60, для просвечивания можно использовать и другие радиоактивные изотопы. Так, для просвечивания тонких деталей (до 10 миллиметров) применяют изотоп радиоактивного тулия — Tu 170, энергия гамма-лучей которого равна всего 0,084 Мэв, а более толстых (от 10 до 40 миллиметров) — радиоактивный изотоп иридия — Ir 192с энергией гамма-лучей 0,6 Мэв или европия — Eu 155(энергия гамма-лучей — 0,1 Мэв). Гамма-лучи Со 60благодаря большой энергии проходят сквозь тонкие изделия, практически мало ослабляясь, в то время как гамма-лучи Ir 192и Tu 170заметно поглощаются такими изделиями. Благодаря этому наличие трещин и пустот в тонких изделиях при просвечивании мало сказывается на интенсивности потока гамма-лучей Со 60и сильно сказывается на интенсивности потока гамма-лучей небольшой энергии. Следовательно, фотографическая эмульсия при действии гамма-лучами Со 60будет засвечиваться равномерно, а гамма-лучами иридия и тулия неравномерно и против пустот будет более интенсивное засвечивание.

Из описанного ясно, что для различных по толщине и плотности деталей можно использовать различные изотопы, подбирая их по энергии гамма-лучей. Для дефектоскопии стараются использовать изотопы с большой продолжительностью жизни, подбирая их для различных целей по энергии гамма-лучей. Гамма-дефектоскопы не нуждаются в питании электрическим током и могут использоваться в полевых условиях.

Дефекты в деталях могут быть выявлены и с помощью счетчика и препарата, излучающего гамма-лучи, что видно из рис. 41. Интенсивность счета резко увеличивается, если в металле против счетчика находится трещина или пустота.

Гамма-дефектоскопия становится на заводах нашей страны обязательным способом контроля производства.

В настоящее время в нашей промышленности работает большое количество установок для гамма-дефектоскопии.

Светосоставы постоянного действия.Радиоактивные изотопы также широко используются в промышленности для приготовления светосоставов постоянного действия. Смесь радия с сернистым цинком и некоторыми другими веществами светится в темноте зеленоватым светом. Этот свет знаком всем по свечению стрелок часов. Свечение происходит вследствие действия альфа-частиц, которые испускает радий, на сернистый цинк. Это свечение воспринимается глазом как спокойный ровный свет. Однако под микроскопом можно увидеть мириады отдельных вспышек. Вместо радия можно взять и другие радиоактивные элементы, излучающие альфа-частицы и имеющие достаточную продолжительность жизни. Такие светосоставы употребляются для покрытия указателей приборов, за которыми необходимо вести наблюдение в темноте, например в самолетах. Эти светосоставы могут действовать непрерывно в течение длительного времени.

Контроль выгорания огнеупоров.Контроль выгорания огнеупорной кладки, например, в доменной печи очень сложен. С помощью радиоактивных элементов этот контроль осуществить чрезвычайно просто. Если при постройке или ремонте доменной печи в огнеупорную кладку на разную глубину от внутренней поверхности запрессовать препараты радиоактивного изотопа кобальта, то их наличие в кладке легко проверить извне домны с помощью счетчика. По мере выгорания огнеупорной футеровки печи препараты радиоактивного кобальта постепенно, один за другим, попадают в чугун. При выгорании, следовательно, гамма-излучающие препараты кобальта 60 перестают обнаруживаться счетчиком на местах их запрессовок, что дает возможность определить глубину выгорания огнеупоров.

Снятие электростатических зарядов.В ряде производств благодаря трению одних частей машин о другие на изоляторах происходит накопление электрического заряда. Это явление возникает, например, на текстильных машинах при движении материи или ниток в машине. Накопление заряда может вызвать искру, а от нее может возникнуть пожар. В связи с этим встает необходимость снятия заряда во время работы машины. Это легко достигается применением радиоактивных элементов, излучение которых ионизирует воздух. В особенности сильно ионизируют воздух альфа-частицы, поэтому для целей снятия заряда употребляют альфа-излучающие препараты. Радиоактивный элемент помещается вблизи трущихся частей, и заряд постепенно стекает с машины через воздух, который становится проводником электрического тока. Это особенно важно при производстве фотопленки, на которой при сушке и перемотке возникает заряд и происходит искрение. Это искрение засвечивает пленку, на которой появляются полосы, подобные маленьким молниям. В присутствии альфа-излучающего препарата искрения не получается.