放射源的制备技术及其应用

放射源的制备技术及其应用

张红涛

中国原子能科学研究院同位素研究所北京102413

摘要：技术是科研、医药、工业等领域的重要应用之一。虽然辐射源的制备技术与应用核技术等领域有了突破性的进展，但是相比，对制备技术及应用领域的一些新能源的关注，如热电同位素电池，特殊医疗放射源和源机一体化设备的发展推动科学发展，等中国的医疗和工业的进步重要的意义。放射源分类有许多方法。根据射线型子α源、β、γ、中子源的来源；通过使用特定的工具源码，源码，源码，标准校准源；粉末冶金金源，陶瓷釉源、电镀电源、气源等，根据子源系统的制备方法。但一般分为密封和非密封两大类源，通常应用的放射源都是密封源，非密封源仅在少数情况。

关键词：放射源；制备技术；应用

1放射源的主要制备技术

1.1陶瓷、搪瓷、玻璃法

与氧化物陶瓷、搪瓷的放射性核素，玻璃和其他材料混合在一起，在模具混合好，材料成型，采用高温烧结，其中包含陶瓷放射性同位素、搪瓷、玻璃体晶片或圆柱形，获得放射性块。有许多种类的137Cs源的制备方法，一种是利用玻璃体源的方法，和其他90Sr-90Y仪器源。在放射源和高能量的β源的制备，大部分时间的放射性同位素掺到面釉，而不是直接放射性材料和陶瓷、搪瓷、玻璃料、陶瓷体的放射性物质燃烧表面，最大限度地减少在有源区辐射的吸收。例如，137Cs测厚仪，水平仪，与源密度计、核子秤，可用于玻璃源法：137CS添加玻璃原料、玻璃体烧结，用氩弧焊源芯密封在不锈钢（1Cr18Ni9Ti）壳。

1.2粉末冶金法

147Pm、241Am以稳定的氧化物或其它化合物形态制成粉末,如147Pm制成147Pm2O3、241Am制成241Am2O3,或者其它稳定化合物。粉末制备时,在含147Pm或241Am的酸性溶液中加入碱性溶液液控制pH及氢氧化物沉降速度[2],有利于制备粒径更小、更均匀的颗粒;将制成的颗粒与金粉或银粉混合烧结成坯,将毛坯夹封在金属材料中,轧制成箔源。一般源的厚度为0.1～0.2mm,长度>1m。对轧制出的箔源带,根据实际需要进行剪切,切口处实施冷焊,有时还需加保护膜,箔源固定在源托中。

1.3电化学法

电化学方法包括电镀（包括化学镀）和共沉积。电镀法是放射性材料电镀溶液的配制，含放射性金属离子在镀液中阴极，在阴极表面的适当的电压，减少金属，或沉积在阴极表面的一些形式的化合物（来源支持），辐射源。来源一般是不锈钢、铂等化学惰性和高强度金属。放射性源的质量取决于其组成、性质、温度、电流密度和电镀电压，采用电镀制源的放射性核素主要有235U、63Ni等。共电沉积法是在含Am或Pu或U的水溶液中加入Au或Ag,使Am或Pu或U共沉积在阴极表面,制备成高比活度的标准源或刻度源。

1.4直接活化法

如60Co、192Ir等放射源,直接将金属Co、Ir加工成型后,放入反应堆内辐照,如Co、Ir的棒或板用机械加工的方法,加工成源的最终形状如针、板、圆片、圆柱等,清洗油污和氧化物后,干燥,装入铝桶内,焊接密封,检漏后入堆。根据产品源的活度要求,按照理论计算和反应堆的具体参数确定照射时间,置于热中子通量较高的孔道进行照射,出堆冷却、切割、清洗、干燥、装配、焊接密封、检漏、质量检验等,最后制成源。鉴于60Co、192Ir等放射源的射线能量高、放射性活度大等原因,一般质量检验项目,如机械强度、耐冲击、刺穿、振动、密封性等以大量冷实验结果为主,但源表面放射性污染必须按国家标准进行测试,其放射性活度应低于185Bq。

1.5化学吸附及交换置换法

此方法制备的放射源比较典型的是医用近距离治疗用125I种子源。它是将125I吸附在由银丝、铱丝、陶瓷珠等做成的源芯上,然后将源芯密封在钛管中。常见的银丝对125I的吸附方法有:银丝直接对125I进行吸附;银丝经双氧水、盐酸体系氧化氯化后对125I进行吸附。以上吸附方法存在吸附时间较长,吸附容量有限等缺点。为克服这些缺点,可对银丝进行特殊处理,增强其对125I的吸附。目前成熟的结构和几何尺寸为内置全杆标记碘(125I)的钯丝,外壳为高密度钛合金管组成。

2我国的放射源制备技术及其应用

2.1放射源研究及其应用的历程和现状

我们从归国学者使用放射性同位素的早期从国外回来的基本物理研究开始放射源的制备、放射源的应用记录1937北京协和医院226RA源医疗，但放射源的实际制备和满足国防、科技、农业、对反应完成后医学和其他需要中国原子能科学研究院1958。经过近50年的发展，我国放射源的制备技术已逐步与国际接轨。目前，中国能生产147日下午，85Kr，238Pu，241Am和其他来源，对矿浆浓度计、纸张厚度测试仪、静电消除装置和火灾报警；能生产32P，贴敷料治疗源；采用放射源的新技术是放置支架治疗心血管狭窄已成功开发。以氚靶为核心的中子源用于石油测井仪器、水表等。中国原子能科学研究院研制了210宝是中子源可用于核电站反应堆的启动，但中国的核电站仍由锎中子点火源252进口。核仪器，特别是集装箱检测成像设备和工业CT，已成为世界领先的研究和生产机构为代表的清华大学。目前，在工业自动化控制仪表、反恐监测仪、无损分析仪等领域的研究重点。

2.2制约我国放射源制备及应用发展的主要问题

第一,放射性同位素原料短缺。受国内反应堆技术条件限制,放射性同位素极其缺乏,主要表现在超铀元素,如238Pu、241Am、252Cf;裂片元素,如147Pm、85Kr、90Sr、90Y等,以及高比活度、大剂量的60Co、192Ir等,这些元素目前只能通过进口以缓解国内需求矛盾。第二,在某些领域的放射源应用未引起足够的重视,如生物学、医学等用放射源未得到重视,尤其是医学近距离治疗(Brachytherapy)和体内植入治疗源,这些源要求几何尺寸小(一般在微米到毫米范围,有的甚至几十个纳米)、剂量准确、比活度高等;其形状有圆柱、微球、弹簧、支架、薄膜和涂层等,可以针对不同部位、组织和器官肿瘤进行治疗,这方面的研究国外的专利较多。此类放射源制备的关键技术在于控制放射性同位素均匀地涂布(或电镀、沉积)在结构不同的衬底上,并能将放射性同位素密封住,使用和体内留置时不发生放射性脱落。国内文献公开报道和专利申请仅限于放射性支架、敷贴器等少数几种,与国外相比,无论是近距离治疗用放射源、种子源,还是有针对地对组织和器官进行治疗的放射源都太少,尚未引起国内研究机构的足够重视。另外,非常规科学探索研究(深空、海洋、极地等)所需同位素电池,包括功率在瓦级或上百瓦级的大型同位素电池、纳瓦至毫瓦级的微型同位素电池等都需要性能优越的放射源驱动,我国在这方面的工作远不能满足需求。第三,含源自动化仪器仪表研发和应用还不能完全满足工业进步的需求。除了辐射加工外,放射源的主要应用领域就是核仪器仪表,利用射线的散射、衍射、物质对射线吸收后的辐射效应,研制各种工业自动化、无损检测等所需的核仪器仪表,用于质量控制、在线监测等目的。该技术因其能提高生产效率、降低能耗、提升产品质量,目前已广泛应用于各种工业管道的检漏、生产线在线运行监测,大型化学合成塔器日常监测等方面。而国内核仪器仪表研究和应用,特别是在工业领域的应用与发达国家之间还存在一定差距,主要表现在产品种类少、企业规模小和创新能力不足等方面。

3结论

目前,我国放射源制备技术的发展和应用主要受放射性同位素原材料短缺、新技术对放射源的取代、公众对放射性的恐惧、政府法规的管制过严等因素的影响,同时也受企业对成本/效益考虑的影响。因此要推动我国放射源制备技术及应用的发展,就需要各个相关方的努力,尤其是拓展放射源的应用领域,更好地为国防、科学研究、医疗卫生等服务,为推进我国工业自动化、节能减排、生产效率提高做出应有的贡献。

参考文献：

[1]张华明.放射源的制备技术及其应用[J].同位素,2016,01:54-59.

[2]潘自强.放射源安全管理中一些问题的讨论[J].辐射防护,2016,05:257-262+268.