Файл: Пауков А.В. Радиоактивные изотопы - помощники металлургов об опыте применения радиоактивных изотопов в металлургии.pdf

па представляют собой полый замкнутый сосуд, запол­ ненный соответствующей газовой смесью, внутри кото­ рого находится металлический стержень или нить. Между корпусом и нитью приложена разность потенциалов от 300 до 2000 В. При попадании ядерной частицы в де­ тектор происходит ионизация газа, возникает импульс ионизационного тока, который регистрируется затем со­ ответствующей аппаратурой.

Сцинтилляционные методы основаны :на свойстве лю­ минесценции некоторых веществ (йодистые соединения щелочных металлов, нафталин, антрацен, сульфиды кад­ мия и цинка ii др.), т. е. способности превращать энер­ гию ядерного излучения в световую, которая при по­ мощи фотоэлектронного умножителя преобразуется в электрическую. Чувствительность и эффективность это­ го типа детекторов в несколько десятков раз выше чув­ ствительности газонаполненных счетчиков, потому в на­ стоящее время они получили наибольшее распростране­ ние. В названных методах регистрации излучения актив­ ность препарата выражается в относительных единицах скорости счета (импульс/мнн, импульс/с, или имп/мнн, нмп/с).

Радиографические методы основаны на химическом действии радиоактивных излучений на фотоэмульсию. Преимущество метода в том, что с его помощью можно получить общую картину распределения радиоактивных атомов в веществе и обнаружить локализацию исследуе­ мого элемента в очень мелких структурных участках. В металлургии метод дает возможность визуально наблю­ дать за поведением большинства химических элементов, составляющих основу стального слитка, проследить за­ кономерности его кристаллизации.

При радиографировании плит металла или темплетов рентгеновскую пленку накладывают на образец (или на­ оборот). После экспозиции и проявления пленки полу­ чают картину распределения введенных в жидкий ме­

12

талл радиоактивных индикаторов. Для получения каче­ ственной радиограммы концентрация изотопа в пробе должна быть не ниже определенного уровня, который находят чаще всего опытным путем; он зависит от вида энергии излучения изотопа, качества и свойств фотома­ териалов и т. п.

При проведении промышленных опытов имеются не­ которые особенности регистрации излучения радиоактив­ ных изотопов.

В большинстве случаев не требуется знать абсолют­ ную активность препарата, вполне достаточно опреде­ лить его относительную активность. Результаты измере­

Особенно строго нужно соблюдать стандартный раз­ мер проб и их плотность. Регистрируемая интенсивность излучения изотопов зависит от химического состава проб. Излучения отражаются и рассеиваются различными ма­ териалами в различной степени. Это необходимо учиты­ вать при сравнении радиоактивности проб металла и шлака.

Радиоизотопная лаборатория. Техника безопасности

Использование радиоактивных веществ для исследо­ вания металлургических процессов как в лабораторных, так и в промышленных условиях связано с опасностью облучения. Это требует тщательной организации работ, специально оборудованного помещения, применения без­ опасных методов и приемов работы. Нормативы радиа­ ционной безопасности регламентируются «Основными санитарными правилами работы с радиоактивными ве­ ществами и другими источниками ионизирующих излу­ чений» (ОСП-72) h «Нормами радиационной безопасно­ сти» (НРБ-69).

13

Радиоактивные вещества, применяемые для целей ис­ следования, подразделяются на источники излучения закрытые и открытые. В первом случае источник нахо­ дится в состоянии, исключающем возможность распро­ странения радиоактивного вещества в окружающую сре­ ду, її защита от вредного воздействия излучения дости­ гается ослаблением его интенсивности до предельнодопустимых величин. Во втором — нужны меры, исклю­ чающие возможность 'попадания радиоактивных ве­ ществ в организм. В обоих случаях основное значение имеют активность источников, вид и энергия излучения.

Открытые источники применяются в качестве радио­ активных индикаторов для исследования технологиче­ ских процессов методом «меченых» атомов, закрытые —

врадиоизотопных приборах и гамма-дефектоскопии.

Кработе с открытыми источниками предъявляются значительно более жесткие требования. Все работы при этом разделяются на три класса, которые устанавли­ ваются в зависимости от группы радиотоксичности ра­ диоактивного изотопа и фактического его количества (активности) на рабочем месте. Класс работ определяет требования к лабораторному помещению. Комплекс мер должен обеспечивать защиту от внешних потоков иони­ зирующих излучений и предотвращение загрязнения воздуха и поверхностен рабочих помещений, кожных по­ кровов и одежды персонала. К числу профилактических мероприятий относятся: правильный выбор планировки помещении, оборудования, отделки помещений, техноло­ гических режимов работы с радиоактивными препарата­

ми, рациональная организация рабочих мест и соблю­ дение личной гигиены работающими, рациональные си­ стемы вентиляции, сбора и удаления радиоактивных отходов.

По характеру и объему операции (по степени воз­ можной радиационной безопасности) работы, проводи­ мые в металлургической промышленности, как правило,

14

могут быть отнесены ко второму классу. Помещения ла­ боратории при этом следует подразделять на две кате­ гории: специальные и технологические. К первым отно­ сятся: хранилище препаратов изотопов, оборудованное специальными устройствами — колодцами, нишами, сей­ фами, контейнерами, экранами, дистанционным инстру­ ментом и т. д.; операторская с защитными камерами, вытяжными шкафами и моечными боксами, где прово­ дят расфасовку и подготовительные операции с радио­ активными веществами до ввода в исследуемую продук­ цию и активирование материалов. Технологические помещения лаборатории — проборазделочная, радиогра­ фическая, плавильная, радиометрическая для измерения радиоактивности проб и др.

Внутренняя отделка помещений должна обеспечить максимально быструю и легкую дезактивацию (удаление радиоактивных загрязнений). Лаборатория для работ с радиоактивными веществами снабжается' набором пред­ метов защитной техники, разнообразными дозиметриче­ скими приборами и радиометрической аппаратурой, средствами индивидуальной защиты. Всем необходи­ мым для работы с радиоактивными веществами и сами­ ми' радиоактивными препаратами снабжает Всесоюзное объединение «Изотоп» через свои межреспубликанские отделения.

Несмотря на возможность поражения организма из­ лучением ни в коем случае не следует преувеличивать опасность работ с радиоактивными веществами. При правильной организации труда, основанной на знании свойств радиоактивных излучений изотопов, с которыми приходится работать, при соблюдении соответствующих правил радиациониой безопасности работа с радиоак­ тивными веществами представляет не большую опас­ ность, чем с другими вредными для здоровья человека химическими реагентами (не говоря уже о ядах, взрыв­ чатых веществах и т. п.).

15

ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Доменный процесс — это один из процессов, очень сложных и трудно доступных непосредственному наблю­ дению. В современной доменной печи объемом до 5000 м3 происходит опускание шихтовых материалов (аг­ ломерат, руда, кокс, флюсы), движение газового дутья — снизу вверх, реакции между отдельными составляющими шихты, а также с газовым дутьем; чугун и шлак накап­ ливаются в горне, здесь они продолжают перемешивать­ ся h химически реагировать друг с другом. На всем пути движения шихты от колошника до горна твердые, жидкие и газообразные материалы изнашивают огнеупорную футеровку печи.

С помощью радиоактивных изотопов выяснены мно­ гие сложные процессы, происходящие в доменных печах. Изучение таких процессов необходимо для грамотного ведения плавки и достижения более высокой производи­ тельности агрегатов. Полная механизация и автоматиза­ ция доменного производства возможна только тогда, ког­ да будет четко выяснена картина всех происходящих в печи процессов.

Время опускания шихтовых материалов в шахте печи

До появления метода радиоактивных изотопов пере­ мещение шихты в печи можно было изучать только в верхних горизонтах шахты. Для этого на поверхность шихты помещали на тросиках грузы и по скорости опу­ скания их во время плавки судили о скорости движения шихты. По полученным таким образом опытным данным на малом участке верхнего горизонта шахты (—1 м) су­ дили о характере движения шихты по всей высоте до­

16

излучения изотопа. В момент, когда кусок шихты с изотопом íiSDa находится вблизи счетчика, она

*"достигает .максимума. По ме­

активности) можно рассчитать скорость движения шихты.

В детальном методе применяют изотопы с жестким у-излучением (кобальт-60, сурьма-124), потому что ме­ жду счетной трубкой и источником излучения (изотопом) находится значительный слой шихтовых материалов, ослабляющих излучение.

Метод дает исчерпывающую информацию о скоро

18

сти движения шихты на.различных уровнях шахты печи, но очень трудоемок. Кроме этого, исследовательские пло­ щадки должны быть оборудованы специальными лебед­ ками для ввода труб со счетчиками излучения в шахту

печи.

Второй метод определения времени движения ших­ товых материалов можно назвать методом нахождения среднего времени опускания шихты. По трудоемкости он значительно проще первого, здесь изотоп вводится в

печь tua I горизонте, и по появлению радиоактивности в пробах чугуна находят среднее время пребывания шихты в шахте лечи. В качестве радиоиидпкатора используют чаще всего препарат красного фосфора-32. Опыты про­ водят по следующей схеме. Пусть, например, чугун из печи после ввода изотопа выпускают через каждые 4 ч по графику:

Изотоп введен в печь в 9 ч 00 мин;радиоактивность в пробах первого выпуска чугуна не обнаружена, в первой же пробе чугуна второго выпуска есть радиоактивность. Тогда время опускания «меченного» изотопом куска шихты больше, чем 4 ч (13 ч 00 мин—9 ч 00 мин), но меньше, чем 7 ч 30 мин (16 ч 30 мин — 9 ч 00 мин). Следовательно, время ©вода изотопа в печь в следую­ щем опыте должно быть скорректировано. Пусть эіто

скания шихты составит 4 ч 10 мин. Таким образом, ис­ пользуя 2—3 ввода изотопа в печь, можно определить время опускания шихтового материала в шахте печи.

Во втором методе исследования каждый опыт дает значительно меньше информации, чем в первом, однако вследствие незначительной трудоемкости способа по вто-