2. Основные характеристики источников излучения

Источник ионизирующего излучения - это объект, содержащий радиоактивный материал или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение.

-источники. Преимущественно альфа-излучение наблюдается у естественных радионуклидов: радия, тория, урана и других элементов с большим атомным числом. Кроме естественных -активных ядер, с испусканием -частицы распадается подавляющее большинство искусственно полученных радиоактивных элементов, следующих за свинцом. Старость вылетающих, из ядер радиоактивных атомов -частиц лежит в диапазоне (4-6) - 10³ м/с, энергия порядка 2-9МэВ.

Альфа-излучение источников имеет преимущества по сравнению с другими видами излучения (высокая ионизирующая способность, моноэнерготичность -частиц, постоянство ионизации вдоль пути частицы), но малый пробег в веществе и трудности изготовления достаточно мощных -источников несколько ограничивают их использование.

Чаще. всего источники; представляют собой подложки из коррозийно-стойкой стали или керамики в алюминиевых корпусах, в углубление которых помещены радионуклиды плутония. Энергетическое распределение -частиц дискретно, их энергии определены с точностью до четвертого знака. Малая естественная ширина линий, хорошо известные значения энергии каждой группы -частиц позволяют использовать радиоактивные -источники для определения энергетической шкалы и энергетического разрешения детекторов. Для реализации этих свойств -источники изготавливают в виде слоя толщиной много меньше линейного пробега частицы в веществе источника, с том, чтобы неопределенность. в анергии -частиц, вышедших из слоя конечной толщины, была впалой.

-источники. Известны три типа -распада нестабильных ядер, которые сопровождаются излучением электрона, позитрона ила захватом атомного электрона. Характерные особенности этих процессов состоят в том, что электроны в отличие от -частиц не являются моноэнергетическими, а обладают энергиями от некоторого максимума до нуля. Еmax принимает значения от 15 кэВ до 15 МэВ, при этом с увеличением энергии, выделяемой при -распаде, уменьшается период полураспада. Удельная ионизирующая способность -частиц в несколько раз меньше, чем у -частиц той же энергии и значительно больше, чем у -квантов.

Известно свыше семисот искусственных -изотопов, расположенных довольно равномерно по всей периодической системе Менделеева. Трудно назвать элемент, не имеющий хотя бы одного -активного изотопа. К числу их следует прибавить большое количество искусственных радиоактивных ядер преимущественно с малыми атомными номерами, попускающих позитроны.

В настоящее время разработана целая серия ампутированных источников -излучения. Ампулы этих источников изготавливают из алюминия (его сплавов) или нержавеющей стали с рабочим окном из металлической фольги. Подложки, на которых закрепляется радиоактивный препарат, у источников -излучения изготавливают из металла или керамики. В исампутированных источниках -излучения для герметизации радиоактивного препарата используют покрытия в виде окисных или металлических пленок.

Источники -излучения. Известно, что -излучения возникают при переходах между различными энергетическими уровнями возбужденных ядер. Кроме этого, существуют еще два механизма возникновения коротковолнового электромагнитного излучения: при торможении быстрых электронов и аннигиляции электронно-позитронных пар. Практически во всех этих случаях спектр -излучения - дискретен, а энергия -квантов - от нескольких десятков килоэлектрон-вольт до 20 МэВ.

Чаще всего используют радиоактивные источники -квантов, к числу которых в первую очередь относятся активные -препараты. Период полураспада -источника определяется периодом -распада, как правило, энергия -квантов меньше 3 МэВ, активность квантов может быть порядка 10 ¹⁶ с^-1.

-источники широко применяются для градуировки детекторов, при этом особенно ценны источники, спектр которых состоит из одной или в крайнем случае из двух-трех линий, далеко отстоящих друг от друга. В табл.2 приведены основные характеристики некоторых радиоактивных -источников, применяемых для градуировки дозиметров.

Для градуировки детекторов часто используют -источники, являющиеся результатом возбуждения ядра вследствие ядерных реакций. На легких ядрах удобно использовать (р, ) - реакцию при энергии ускоренных протонов около 1 МэВ. Например, в реакции ⁹Be (p) ¹⁰B при энергии протона около 991 кэВ возникают -кванты с энергией 7,48 МэВ. -кванты с энергией 20 МэВ образуются в реакции Т (р, ) ⁴He.

Благодаря наличию у современных ядерных реакторов мощных потоков нейтронов плотностью порядка 10¹⁸-10¹⁹ c^-1м^-2, удобно использовать в качестве источника -излучения (n,) - реакцию. Образовавшееся в результате испускания нейтрона новое ядро возбуждается, а затем излучает -кванты. Поместив образец из подходящего материала на выходе канала в защите реактора, можно получить источник -квантов с активностью квантов до 10⁸ с^-1.

Зная положение на энергетической шкале и интенсивность -линий при захвате, можно сразу произвести градуировку детектора, например, полупроводникового спектрометра в широком диапазоне энергий.

Таблица 2

В качестве источника -квантов можно использовать также активную зону реактора, в которой возникают так называемые мгновенные -кванты деления, -излучение продуктов деления и -излучение из (n, ) - реакции. Интенсивность -излучение на поверхности активной зоны может быть около 10¹⁸ МэВ/ (м²*с).

Эффект излучения электромагнитных волн электронами при торможении позволяет использовать для получения -излучения электронные ускорители. Так, например, современный электронный ускоритель со средним током 1 мкА и энергией ускоренных электронов 30-40 МэВ создает мощность дозы около 10² Гр/с в 1 м от вольфрамовой мишени.

Все рассмотренные источники излучения либо имеют сплошной спектр, либо недостаточную для экспериментов интенсивность. Пока единственный практически осуществимый источник получения моноэнергетических -квантов - процесс аннигиляции электронно-позитронных пар. При средних таких в линейных электронных ускорителях порядка 10 мкА можно создать источники фотонов с точно определенной энергией в десятки мегаэлектронвольт и активностью квантов 10⁵-10⁶ с^-1.

Очень перспективно использование для получения монохроматических -квантов квантовых генераторов света и мощных электронных ускорителей на основе обратного комптон-эффекта. Интенсивный пучок световых фотонов из лазера направляется навстречу пучку релятивистских (т.е. движущихся со скоростями, близкими к скорости распространения электромагнитных волн в свободном пространстве) электронов. Энергия фотонов вследствие рассеяния на быстрых электронах увеличивается. Согласно расчетам, при современных параметрах лазеров и ускорителей можно получить поток -квантов 10⁵-10⁷ с^-1 с размытием по энергии около 5%. Диапазон возможных значений энергий фотонов необычайно широк, вплоть до единиц гигаэлектрон-вольт.

Источники нейтронов. Основные характеристики нейтронных источников: поток нейтронов, энергия нейтронов, их угловое распределение, а также энергия н интенсивность сопутствующего гамма-излучения. Известны три основных типа нейтронных. источников:

1) радиоактивные, основанные на реакциях (, n), (, п), и спонтанного деления;

2) ускорители;

3) ядерные реакторы.

В настоящее время источники нейтронов широко применяют в научных исследованиях, при геологической разведке, для эталонирования и градуировки аппаратуры, регистрирующей нейтроны. Одними из первых начали использоваться полоннево (радиево) - бериллиевые нейтронные источники, которые представляют собой спрессованную смесь альфа-активного вещества (²²⁶₈₈Ra, ²¹⁰₈₄Po) с порошкообразным бериллием, основанные на реакции ⁹₄Ве+⁴₂Не¹²₆С+¹₀п+5,7 МэВ.

Средняя энергия нейтронов первого источника 4,2 МэВ (максимальная-до 11 МэВ). Энергия нейтронов Ra - Ве-источника составляет 13 - 15 МэВ. Недостатком первого - сравнительно короткий период полураспада (138,4 дня), а второго - интенсивное -излучение.

Применяют также так называемые фотонейтронные источники, в которых используются пороговые реакции фоторасщепления (у, п) ядер. Они представляют собой ампулу с источником -излучения, помещенную в бериллиевую сферу. Нейтроны, полученные с помощью подобных источников, обладают более определенной энергией. Из фотонейтронных наиболее широко распространен Ra-Be (, n) - источник. Получение нейтронов при помощи ядерного фотоэффекта. возможно лишь в том случае, когда энергия -квантов превышает энергию связи нейтрона в ядре. Среди стабильных ядер наименьшими значениями энергии связи отличаются имению бериллий и дейтерий.

Полный. поток нейтронов для. самопроизвольно делящихся ядер, очень мал, но зато он практически вечен.

Развитие ядерной энергетики привело к тому, что в настоящее время возможно получение трансурановых элементов, имеющих выход нейтронов в достаточных, количествах. Так, спонтанный источник ²³⁹Ри, обогащенный ²⁴⁰ Ри до 8%, имеет поток нейтронов 2*10⁴ с^-1.