Файл: Пикаев, А. К. Дозиметрия в радиационной химии.pdf

ускоряются с помощью этой машины обычно до эпергий — 20 Мэе, а гелионы (ядра гелия) — до энергий ~ 40 Мэе. Такие циклотро­ ны дают потоки ионов порядка 1013 — 1014 поп!сек (ток в пучке — до нескольких десятков микроампер). Для получения пучков ионов более высокой энергии используются особые машины: протонный синхротрон и циклотрон с модулированной частотой.

Ускорители заряженных частиц применяются н для генерации нейтронов. С этой целью используются преимущественно ядерные реакции типа (р , п) и (d, п). К ппм относятся реакции: D (d, п) 3Не, 7Li (р , п) 7Ве, Т (р , п) 3Не, Т (d, п) 4Не и др. Для получения нейтро­ нов пучок заряженных частиц направляется на мишень (например,

Рис. 45. Схема многократного ускорения иона между дуаптами и отклонения пучка в ци­ клотроне

на тонкий слой дейтерия или трития, отделенный фольгой от ва­ куумной системы). Реакции типа (р , п) используются как источни­ ки нейтронов сравнительно малой энергии; реакции типа (d, п) позволяют получать нейтроны более высоких энергий (до 20 Мэе). Нейтроны, генерируемые этим способом, характеризуются моноэнергетичностыо. Интенсивность нейтронных пучков, получаемых с помощью рассмотренных генераторов, достигает ~ 2-1011 п/сек.

Рентгеновские трубки. Эти аппараты, как следует пз их наз­ вания, служат для генерации рентгеновского излучения. Обычно они рассматриваются отдельно. Однако, поскольку в них также происходит ускорение заряженных частиц (электронов), они включены в этот раздел.

Рентгеновская трубка состоит из вольфрамового катода п массивного анода, помещенных в вакуумированный стеклянный баллон. Для создания потока электронов катод нагревается; электроны ускоряются под действием потенциала, приложенного между катодом и анодом. Попадая на анод, изготовляемый, как правило, пз вольфрама, ускоренные электроны генерируют рент­ геновское излучение. Величина указанного выше потенциала оп­ ределяет максимальную энергию рентгеновских лучей. В пре­ деле эта энергия составляет несколько сотен килоэлектрон­ вольт.

Рентгеновские трубки широко используются для диагностиче­ ских и терапевтических целей. Применяются они и в радиацион­ ной химии. Если до второй мировой войны и в первые годы после нее эти аппараты служили довольно часто химикам-радиационни-

79

кам в качестве источников ионизирующего излучения, то сейчас применение их в радиационной химии ограничивается главным образом студенческими практикумами. Из числа отечественных рентгеновских аппаратов для проведения радиационно-химиче­ ских экспериментов наиболее подходящими являются установки РУП-300 и РУП-400. Методические особенности использования рентгеновских трубок в радиационной химии рассмотрены в статье [91].

Заслуживает специального рассмотрения вопрос о переделке рентгеновского дефектоскопического аппарата РУП-400-5 в уско­ ритель электронов. Эта переделка, произведенная авторами работ [92—94], состоит в замене у трубки аппарата непроницаемого для электронов -антикатода выпускным окном из алюмипиевой фоль­ ги толщиной 20—30 мк, а также в создании системы постоянной откачки до вакуума 10~5—10~° мм рт. ст. Энергия электронов, генерируемых этим аппаратом, равна 0,3 Мэе, а мощность дозы составляет несколько мегарад в сек. Установка весьма подходит для облучения пленок и покрытий из полимерных материалов толщи­ ной до 0,5 мм.

4. Ядерный реактор как источник ионизирующего излучения

Первый ядериый реактор был сконструирован в 1942 г. в Чикаго. В настоящее время ядерные реакторы имеют многие важ­ ные применения; используются они н как источники ионизирую­ щих излучений. Мы не будем сколь-лпбо подробно ос­ танавливаться на принципах действия ядерного реактора (они общеизвестны) и физических аспектах этой проблемы, которые детально изложены в специальной литературе (см., например, [95—97]). Здесь будет проведено лишь краткое рассмотрение осо­ бенностей излучений этого аппарата, представляющих особый интерес для химпков-радпационников. Обстоятельная характери­ стика реакторного излучения дана в работах [3, 98, 99].

Любой образец, помещенный в ядериый реактор, подвергается воздействию нейтронов и у-лучей. Кроме того, на него могут дей­ ствовать (1-частицы, которые образуются при распаде продуктов деления, а также других радиоактивных изотопов, возникших в результате захвата нейтронов различными неделящимися мате­ риалами реактора. Взаимодействие образца с нейтронами и у-лу- чами может привести к появлению быстрых электронов, позитро­ нов, протонов и а-частиц. Другой вид излучения реактора — это осколки деления. Однако они имеют малые пробеги и их энергия, как правило, поглощается в самом ядериом горючем. Деление соп­ ровождается образованием нейтрино. Эти частицы практически не взаимодействуют с веществом, и поэтому их можно не учитывать при рассмотрении радиационно-химических эффектов, произво­ димых реакторным излучением. Природа возникновения различ­

80

ных видов излучения реактора иллюстрируется рис. 46, за­ имствованным из работы [100].

В большинстве исследовательских реакторов на тепловых ней­ тронах в качестве делящегося материала используется 235U. Рас­ пределение энергии процесса деления по различным компонентам излучения приведено в табл. 22 [89]. В случае плутония распреде­ ление энергии аналогично.

Некоторые сведения о нейтронном излучении реактора уже были приведены в главе I (см. стр. 37). у-Излучение реактора под­ разделяется на 4 вида: мгновенное у-излучение, сопровождающее деление; у-излучение распада продуктов деления; у-излучение, об­ разующееся в результате захвата нейтронов ядрами различных конструкционных материалов (это так называемое захватное у- излучение), и у-излучение, возникающее при неупругом рассея­ нии быстрых нейтронов. Общая энергия осколков деления сос­ тавляет ~ 80% от энергии деления. Вследствие этого осколки деления представляют значительный интерес с точки зрения ис­ пользования их кинетической энергии для осуществления радиа-

Рнс. 46. Природа различных видов реакторного излучения

81

Т а б л и ц а 22

Распределение энергии процесса деления 236U под действием тепловых нейтронов по различным компонентам реакторного излучения

Зависит от размеров н плотности урана.

**Зависит от степени обогащения, типа замедлителя, конструкционных и других ма­ териалов в реакторе.

лионно-химических процессов. Эти частицы, характеризующиеся высоким значением ЛПЭ, применяются в радиацпоииой химии при изучении особенностей влияния линейной передачи энергии на радиолиз. Проблема использования указанной кинетической опер­ ши включает ряд технических трудностей, обусловленных, в частности, малыми величинами их пробегов (см. табл. 14). Для этого разработаны различные методики. Например, для облу­ чения смесей азота и кислорода с целью синтеза азотной кислоты предлагался реактор с топливом в виде тонких пленок с большой поверхностью (101J. Другие описанные источники осколков деле­ ния, использованные в радиационно-химических исследованиях, таковы: растворы солей уранила [102J, тонкие взвеси окислов урана в воде [103J или аммиаке [104J, тонкие покрытия окисла урана на алюминии или кварце [105J, а также на стекловолокне

[104J.

Исследуемые образцы облучаются в активной зоне реактора или вне ее. В первом случае облучение осуществляется в специаль­ ных каналах, вводимых в активную зону обычно вместо какоголибо тепловыделяющего элемента (твэла) или группы твэлов.

82

p i Имеется два вида главных источников у-пзлучения, связан­ ных с реактором. Это, во-первых, радиационные контуры. Описа­ ние их уже было дано на стр. 64. Во-вторых, к таким источникам относятся отработанные твэлы. Они могут использоваться после выгрузки их из реактора или после извлечения отдельных изото­ пов (2?5U, 23nPu и т. п.). Однако сложность обращения с ними, а также сильное изменение интенсивности излучения во времени существенно ограничивают их возможное применение в радиацион­ ной химии и радиационно-химической технологии.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Radiation Sources (Ed. A. Charlesby). Oxford, Pergamon Press, 1964.

2.A. X. Брегер. Источники ядерыых излучений и их применение в радиа­

ционно-химических процессах. М., Изд-во ВИНИТИ, 1960.

3.А. X. Брегер, Б. И. Вайнштейн, И. П. Сыркус, В. А. Гольдин, Л. В.

Чепелъ. Основы радиационно-химического аппаратостроения. М., Атом-

нздат, 1967.

4.М. Ливингстон. Ускорители. М., ИЛ, 1956.

5.В. И. Векслер. Ускорители атомных частиц. М., Изд-во АН СССР, 1956.

6.А. А. Коломенский, А. II. Лебедев. Теория циклических ускорителей.

М., Физматгиз, 1962.

7.Е. Г. Комар. Ускорители заряженных частиц. М., Атомиздат, 1964.

8.В. А. Петухов, В. II. Котов. Современные ускорители частиц. М., Изд-

во «Наука», 1965.

9.О. А. Валъднер. Линейные ускорители электронов. М., Атомиздат, 1966.

10.Д . А. Каушанский. Атомная энергия, 23, 475 (1967).

11.Б. Мановиц. Труды II Международной конференции по мирному исполь­

зованию атомной энергии (Женева, 1958). Избранные доклады иностран­ ных ученых, т. 10. М., Атомиздат, 1959, стр. 230.

12.В. И. Синицын. Радиационные установки и пх применение. М., ЦИТЭИН

по атомной пауке п технике, 1961.

13.А. X. Брегер, В. А. Белинский, С. Д. Прокудин. Атомная энергия, 1,

№ 4, 131 (1956).

14.А. X. Брегер, В. Б. Осипов, В. А. Гольдин. Радиоактивные изотопы и

ядерные излучения в народном хозяйстве СССР, т. 1. М., Гостоптехпз-

дат, 1961, стр. 227.

15.А. С. Кузьминский, Г. С. Никитина, Е. В. Журавская, Л. А. Оксентье-

вич, Л. Л. Суница, II. И. Витушкин. Труды II Международной конфе­

ренции по мирному использованию атомной энергии. Доклады советских ученых, т. 4. М., Атомиздат, 1959, стр. 266.

16.А. В. Бибергалъ, В. Л. Карпов, В. И. Синицын. Там же, т. 6, стр. 200.

19.А. X. Брегер, В. А. Белинский, В. Л. Карпов, С. Д. Прокудин. Дейст­

вие ионизирующих излучений па органические и неорганические систе­ мы. М., Изд-во АН СССР, 1958, стр. 379.

20.А. X. Брегер, В. А. Белинский, В. Л. Карпов, С. Д. Прокудин, В. Б.

Осипов. Труды Всесоюзной научно-технической конференции по приме­

нению радиоактивных и стабильных изотопов и излучений в народном хозяйстве и науке. Получение изотопов. Мощные гамма-установки. Ра­ диометрия и дозиметрия. М., Изд-во АН СССР, 1958, стр. 182.

21.А. В. Бабушкин, И. В. Вознесенская, II. Г. Жиров, В. И. Затуловский, 10. Л. Хмельницкий. Там же, стр. 189.

83