http://93.174.130.82/news/shownews.aspx?id=61ff46ac-f1f3-44f3-a382-3c8816cd6a49&print=1
© 2024 Российская академия наук

Технология изготовления безопасных радиоизотопных источников ионизирующего излучения

Предложена технология изготовления безопасных радиоизотопных источников ионизирующего излучения

Российские химики предложили технологию изготовления безопасных радиоизотопных изделий в виде источников ионизирующего излучения закрытого типа. Они заменили хлорид цезия-137, создающий риск радиационного заражения, на плотную керамику и стеклокерамику, содержащую радиоцезий, и применили новый подход к созданию материалов для ядерной энергетики. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ. Результаты исследований опубликованы в журнале Journal of Hazardous Materials.

Ионизирующее излучение представляет собой потоки фотонов, элементарных частиц или атомных ядер, способных создать ионы из нейтральных атомов или молекул. Другими словами, это вид энергии, высвобождаемой атомами в виде электромагнитных волн или частиц. Источниками ионизирующего излучения (ИИИ) называются изделия, которые используют для получения тепла и электричества в радиологическом оборудовании, в химическом синтезе, в медицинской диагностике и терапии, в пищевой и сельскохозяйственной промышленности и других областях. Также они незаменимы в качестве источников автономного электроснабжения в космической отрасли. Неправильная эксплуатация ИИИ и устройств на их основе может стать причиной радиационного загрязнения окружающей среды, поэтому их использование строго регламентировано.

В первую очередь ограничения касаются материалов, из которых изготавливают активные зоны (сердечники), содержащие радионуклид, и герметичные контейнеры (капсулы) для их хранения. В качестве сердечников широко использовали высокоактивный хлорид цезия-137 (радиоцезий), выделяемый из радиоотходов при их переработке. Это соединение очень непрочно: оно легко растворяется, распыляется, мигрирует по воздуху на большие расстояния. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) наложило запрет на использование изделий ИИИ на его основе. Химики Института химии Дальневосточного отделения РАН проводят исследования по созданию альтернативного и более безопасного современного материала.

«Создание такого типа современных материалов и инновационных подходов их получения стало передовой научной и прикладной задачей. Это повысит производственную эффективность и безопасность мировой атомной отрасли. Промышленная реализация результатов исследования исключит проблему, связанную с запретом МАГАТЭ на использование изделий ИИИ закрытого типа, изготовленных на основе хлорида цезия-137. Такие устройства представляют высокую угрозу радиационного заражения при неправильной эксплуатации и при использовании в террористических целях», — поясняет старший научный сотрудник Института химии ДВО РАН Евгений Папынов.

Химики предложили новый способ изготовления радиоизотопных изделий на основе радионуклида цезия-137. Они применили новейшую технологию искрового плазменного спекания "Spark Plasma Sintering" (SPS) и синтезировали плотные сердечники на основе керамической и стеклокерамической матрицы. Хлорид цезия можно заменить стеклом и керамикой или их композитными формами, которые не разрушаются механически. Керамические материалы более привлекательны благодаря своей термодинамической стабильности и физико-химическому сходству с природными соединениями, содержащими цезий. Радионуклид в этом случае фиксируют в матрице, которая герметизируется в контейнере из радиационно-стойкой стали нужного размера и формы.

Технология плазменного спекания SPS показала низкие температуры спекания, высокую скорость и короткое время нагрева по сравнению с традиционными методами. Созданные материалы превосходят аналоги по химической, термической, радиационной и механической стабильности. Ученые рекомендуют их как радионуклидные матрицы для радиоизотопного производства, в том числе для изготовления ИИИ закрытого типа. Разработанный технологический способ запатентован и является приоритетом ИХ ДВО РАН.

В исследовании было использовано оборудование Дальневосточного федерального университета (Владивосток) и Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук (Москва).

 

Картинка 1: общий вид керамических и стеклокерамических матриц на основе алюмосиликатов, содержащих радиоцезий, полученных в Институте химии ДВО РАН по специальной технологии.
Источник: ИХ ДВО РАН.

 

Картинка 2: общий вид конструкции источника ионизирующего излучения и керамических матриц (поперечные срезы) в виде активных зон в объеме конструкции, полученных в Институте химии ДВО РАН по специальной технологии.
Источник: ИХ ДВО РАН.

 

Картинка 3: изображение плотных матриц, содержащих радиоцезий, полученных в виде активных зон в конструкции источника ионизирующего излучения закрытого типа по специальной технологии при различных температурах; изображение места контакта сердечник-сталь и ЭДС-микроанализ на распределение цезия в данной конструкции в масс.
Источник: ИХ ДВО РАН.

 

Картинка 4: фото промышленной установки по производству внутренних капсул источников с цезием-137 на радиохимическом заводе ФГУП «ПО «Маяк».
Источник: ФГУП «ПО «Маяк».