Радиоактивные изотопы и их применение

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 Со⁶⁰.

Рис. 40. Внешний вид гамма-дефектоскопа ГУП-Со-50. (В кружке показана гаммаграфия дефектной детали.)

Кроме кобальта 60, для просвечивания можно использовать и другие радиоактивные изотопы. Так, для просвечивания тонких деталей (до 10 миллиметров) применяют изотоп радиоактивного тулия — Tu¹⁷⁰, энергия гамма-лучей которого равна всего 0,084 Мэв, а более толстых (от 10 до 40 миллиметров) — радиоактивный изотоп иридия — Ir¹⁹² с энергией гамма-лучей 0,6 Мэв или европия — Eu¹⁵⁵ (энергия гамма-лучей — 0,1 Мэв). Гамма-лучи Со⁶⁰ благодаря большой энергии проходят сквозь тонкие изделия, практически мало ослабляясь, в то время как гамма-лучи Ir¹⁹² и Tu¹⁷⁰ заметно поглощаются такими изделиями. Благодаря этому наличие трещин и пустот в тонких изделиях при просвечивании мало сказывается на интенсивности потока гамма-лучей Со⁶⁰ и сильно сказывается на интенсивности потока гамма-лучей небольшой энергии. Следовательно, фотографическая эмульсия при действии гамма-лучами Со⁶⁰ будет 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.

Рис. 41. Схема контроля изделия с помощью счетчика:

1 — радиоактивный препарат; 2 — счетчик; 3 — изделие; 4 и 5 — свинцовые блоки

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

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