放射源的制备——罗晓芳

1、放射源的制备同位素技术与应用课程报告报告人：罗晓芳放射源制备 随着核能、核技术的发展，核设施、放射性同位素和射线装置在科学研究、医疗、工业、农业、地质调查和教学等领域已被受到越来越广泛的应用。 我国核技术应用始于上世纪三十年代，经历了开创初期、开展应用和全面发展几个阶段。特别是九十年代以后，核技术的应用步入了商业化进程，在国防、医疗、科研、工业、农业、能源等领域二十多个行业广泛应用，已初步形成具有一定规模和水平较为完整的体系。前 言 据统计，我国现有放射源14万枚，其中11万枚放射源在涉源单位中使用，万枚放射源已被收贮，放射源使用数目年均以20%的速度增加。涉源单位约1.2万家，并且年均以15

2、%的速度上升，主要分布在建材、医疗、科研院校、石油、化工、造纸、冶金、煤炭、辐照加工等24个行业。在用放射源的核素近五十种，其中主要核素是137Cs、60Co、241Am、238Pu、90Sr、192Ir、63Ni等。 前 言目录CONTENTS放射源的基础知识放射源制备技术放射源的设计概要典型放射源的制备01020304放射源的基础知识01Remember that happiness is a way of travel, not a destination. 有反射性的同位素称为“放射性同位素”放射性放射性同位素同位素是指用放射性物质制备的小型紧凑的辐射源的通称辐射源辐射源 指能发射电离

3、辐射的物质或装置。从广义上讲，凡能释放 各种电离辐射的物质或装置(如宇宙射线)均可视为辐射源。放射源放射源基本概念同位素同位素 具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元素的不同核素互为同位素。放射源制备放射源的基础知识01放射源制备 类放射源为极高极高危险源危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1 1小时小时就可致人死亡死亡; 类放射源为高危险源高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时几小时至几天可致人死亡; 类放射源为危险源危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天几天至几周几周也可致人死亡; 类放射源为低危险源低危险源。基本不会对人造成永久性损伤

4、，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤临时性损伤; 类放射源为极低危险源极低危险源。不会不会对人造成永久性损伤。 放射性同位素与射线装置安全和防护条例放射性同位素与射线装置安全和防护条例根据放射源分类办法（环保总局根据放射源分类办法（环保总局05年年62号公告），对常用不同核素的号公告），对常用不同核素的64种放射种放射源按源按此此表进行分类：表进行分类：放射源基础知识01 密封源、非密封源密封源、非密封源 源、源、源、源、源、低能光子源和中子源源、低能光子源和中子源 点状源、线源、平面源和圆柱源点状源、线源、平面源和圆柱源放射性探井源、工业照相源、辐射登记表用源、放

5、射性探井源、工业照相源、辐射登记表用源、离子发生器用源、医疗用源等、同位素仪表用测离子发生器用源、医疗用源等、同位素仪表用测厚源、离子感烟探测器用火警源、厚源、离子感烟探测器用火警源、 X射线荧光分射线荧光分析用低能光子源、析用低能光子源、照相探伤源、静电消除源和照相探伤源、静电消除源和同位素热原等同位素热原等放放射射源源的的分分类类放射源制备放射源基础知识01 密封源密封源 非密封源非密封源密封源是密封在包壳或紧密覆盖层里的放射性物质，工农业生产中应用的料位计、探伤机等使用的都是密封源，如钴-60、铯-137、铱-192等。非密封源是指没有包壳的放射性物质，医院里使用的放射性示踪剂属于非密封

6、源，如碘-131、碘-125、锝-99m等。放射源的分类按密封性分放射源制备放射源的分类按辐射类型分放射源基础知识01放射源的分类按辐射类型分源源源源中子源中子源源源放射源是以发射放射源是以发射粒子束为基本特征的放射源粒子束为基本特征的放射源粒子能量一般为粒子能量一般为4-8Mev，在空气中的射程为，在空气中的射程为2.5-6.0cm，在固体中的射程为，在固体中的射程为10-20m。常用的常用的放射源主要有：放射源主要有：241Am，238Pu,239Pu，244Cm，和，和210Po放射源是指可发射电子的同位素放射源。放射源是指可发射电子的同位素放射源。放射源按发射粒子的放射源按发射粒子的最

7、大能量分为三类：低能最大能量分为三类：低能（电子）源；中能（电子）源；中能源和高能源和高能源源3H源、和源、和55Fe俄歇电子源。俄歇电子源。 14C、147Pm、85Kr、204Tl源源以以发射发射辐射辐射为主要特征的放射源为主要特征的放射源辐射通常是其它类型核衰变的伴随辐射辐射通常是其它类型核衰变的伴随辐射。 能能产生中子的装置产生中子的装置叫中子源。叫中子源。 目前常用的中子源有：同位素中子源，加速器中子源和反应堆中子源。目前常用的中子源有：同位素中子源，加速器中子源和反应堆中子源。放射源制备目录CONTENTS放射源的基础知识放射源制备技术放射源的设计概要典型放射源的制备0102030

8、4在具体设计时应遵循有关放射源的在具体设计时应遵循有关放射源的国际标准国际标准和和国家标准国家标准，还应遵循有关还应遵循有关法令法令和规章和规章制度制度（包括外包装和运输等）。（包括外包装和运输等）。放射源的设计必须满足放射源的设计必须满足使用要求使用要求，包括各种，包括各种技术参数技术参数、操操作环境作环境、使用期限使用期限等等放射源设计概要0201设计依据设计依据02设计内容设计内容u 源芯源芯u 源壳源壳u 包装容器包装容器放射源制备放射源设计概要02放射源设计依据相关标准GB/T18871-2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准电离辐射防护与辐射源安全基本标准辐射防护手册辐射防护手

9、册 .原子能出版社原子能出版社.1987放射源编码规划放射源编码规划.国家环保总局国家环保总局放射源制备放射源设计概要02放射源设计依据基本参数基本参数放射源制备放射源设计概要02 辐射类型包括辐射辐射类型包括辐射种类种类和和能量能量 有的核素衰变只发射一种辐射，有的核素衰变只发射一种辐射，也可能发射两种或多种辐射也可能发射两种或多种辐射辐射类型辐射类型01 短半衰期核素放射源的使用期限与短半衰期核素放射源的使用期限与核素的半衰期核素的半衰期有关。有关。 长半衰期核素放射源的使用期限长半衰期核素放射源的使用期限 考虑考虑放射源的安全性能放射源的安全性能。 源的使用期限源的使用期限03放射源的活

10、度取决于放射源的活度取决于放射性核放射性核素的数量素的数量活度及辐射强度活度及辐射强度02适应不同的使用要求。有点状、线适应不同的使用要求。有点状、线状、细丝状等。状、细丝状等。 源的外形结构和尺寸源的外形结构和尺寸04放射源制备放射源设计概要02放射源设计内容典型结构源芯源芯：放射源中：放射源中含有放射性含有放射性物质的部分物质的部分源壳：源壳：用于用于防止放射性泄漏防止放射性泄漏的一种保护壳的一种保护壳有的放射采用紧密结合的覆盖层作为有的放射采用紧密结合的覆盖层作为源窗源窗包装容器：包装容器：确保运输过程安全确保运输过程安全密封源密封源放射源制备放射源设计概要02放射源设计内容密封源制作源

11、芯：源芯：核素选择、源强确定、源芯形式；核素选择、源强确定、源芯形式；源壳：源壳：机械强度、材料选择、热效应和内应力、机械强度、材料选择、热效应和内应力、 焊接接头、封装层数、源窗厚度焊接接头、封装层数、源窗厚度容器：容器：包装容器运输方式包装容器运输方式放射源制备放射源设计概要02放射源设计内容密封源制作-源芯（1）核素选择核素选择 根据使用场合或配套一起，判定所需辐射根据使用场合或配套一起，判定所需辐射类别类别、射线、射线能量能量、放射源类型，还要考虑、放射源类型，还要考虑价格因素价格因素，进而选择适用的核素。同一种，进而选择适用的核素。同一种核素可能有多种辐射形式，若对利用的主要射线有干

12、扰，则应从源芯制核素可能有多种辐射形式，若对利用的主要射线有干扰，则应从源芯制造和源壳结构上予以防止或减少至最低水平。造和源壳结构上予以防止或减少至最低水平。（2）源强确定源强确定 在满足使用要求的基础上，为了确保使用安全，应尽量在满足使用要求的基础上，为了确保使用安全，应尽量减少放射性物质的投料量。减少放射性物质的投料量。（3）源芯形式源芯形式 为了确保放射源使用的可靠性和安全性，为了确保放射源使用的可靠性和安全性， 源芯应具有源芯应具有稳定的化学形式稳定的化学形式和合适的物理形式和合适的物理形式。放射源制备放射源设计概要02放射源设计内容密封源制作-源壳（1）机械强度）机械强度 在使用环境

13、已经固定和源芯形式已经确定时，应使包裹源芯的源壳，在使用环境已经固定和源芯形式已经确定时，应使包裹源芯的源壳，其机械强度足以能承受来自源芯内部和来自环境外部的其机械强度足以能承受来自源芯内部和来自环境外部的热作用、机械作用和化学作用热作用、机械作用和化学作用（2）材料选择）材料选择 由于源壳与源芯直接接触，必须考虑到于源壳与源芯直接接触，必须考虑到材料的相容性材料的相容性。与此同时，也。与此同时，也应考虑环境因素应考虑环境因素。此外，还应该考虑。此外，还应该考虑材料的机械加工性能、可焊性和耐辐照性能等材料的机械加工性能、可焊性和耐辐照性能等。（3）热应力和内应力）热应力和内应力 一些放射源因核

14、素的一些放射源因核素的衰变、自发裂变或诱发裂变衰变、自发裂变或诱发裂变等产生的内热，等产生的内热，导致源的温度升高导致源的温度升高。（4）焊接接头）焊接接头 一般来说一般来说“端接端接”焊缝的抗拉强度不如圆柱面上的焊缝的抗拉强度不如圆柱面上的“对接对接”焊缝，焊缝，单焊封操作易于实施，源壳可获得较好的冷却，焊边也不易被放射性污染。单焊封操作易于实施，源壳可获得较好的冷却，焊边也不易被放射性污染。（5）封装）封装 普通放射源，一般用单层源壳封装即可，但是对于有的则采用双层，甚普通放射源，一般用单层源壳封装即可，但是对于有的则采用双层，甚至多层源壳封装。层与层之间应配合良好至多层源壳封装。层与层之

15、间应配合良好。（6）源窗厚度）源窗厚度 根据射线能量确定源窗厚度。根据射线能量确定源窗厚度。放射源制备放射源设计概要02放射源设计内容密封源制作-包装容器 为了确保放射源在运输过程中的安全，保护公众和运输人员的为了确保放射源在运输过程中的安全，保护公众和运输人员的健康，保护周围环境，放射源的设计还要考虑到包装容器和运输健康，保护周围环境，放射源的设计还要考虑到包装容器和运输方式，并根据国际原子能机构标准方式，并根据国际原子能机构标准No-ST-1规定设计货包并进行检规定设计货包并进行检验。验。 总的来说，放射源的设计应兼顾到适用性、安全性和经总的来说，放射源的设计应兼顾到适用性、安全性和经济性

16、，所设计的放射源是否合理、合适、合用还需要通过原济性，所设计的放射源是否合理、合适、合用还需要通过原型源的分级检验和用户提出的特殊试验予以验证。型源的分级检验和用户提出的特殊试验予以验证。放射源制备目录CONTENTS放射源的基础知识放射源制备技术放射源的设计概要典型放射源的制备01020304放射源制备技术0301 放射性核素的选择放射性核素的选择辐射的种类、数量、半衰期、比活度、价格辐射的种类、数量、半衰期、比活度、价格.02源芯的制备技术源芯的制备技术 陶瓷、搪瓷、玻璃陶瓷、搪瓷、玻璃 粉末冶金粉末冶金滚轧滚轧 电化学电化学03源的密封技术源的密封技术 源壳材料和源窗材料的选择源壳材料和

17、源窗材料的选择 源壳设计源壳设计 加工和焊封加工和焊封放射源制备放射源制备技术03（1）陶瓷、搪瓷、玻璃制源法）陶瓷、搪瓷、玻璃制源法 陶瓷、搪瓷、玻璃的主要成分是陶瓷、搪瓷、玻璃的主要成分是氧化铝、氧化硅等氧化铝、氧化硅等、多数、多数放射性核素的氧化物可同陶瓷、搪瓷、玻璃料和其他辅料一起放射性核素的氧化物可同陶瓷、搪瓷、玻璃料和其他辅料一起，在高温下形成，在高温下形成含有放射性核素的陶瓷、搪瓷或玻璃体含有放射性核素的陶瓷、搪瓷或玻璃体，这类，这类活性块具有化学稳定性好、耐辐照、耐高温等特点。活性块具有化学稳定性好、耐辐照、耐高温等特点。 用这类方法制备的活性快需密封在金属源壳中或表面用这类方

18、法制备的活性快需密封在金属源壳中或表面加保护膜才能使用。加保护膜才能使用。陶瓷、搪瓷和玻璃法可制备陶瓷、搪瓷和玻璃法可制备源、源、源、源、源和中子源。源和中子源。这些方法适于大批量生产放射源。这些方法适于大批量生产放射源。源芯制备技术源芯制备技术放射源制备放射源制备技术03（2）粉末冶金）粉末冶金-滚轧制源法滚轧制源法 这种方法包括两种技术，这种方法包括两种技术，粉末冶金粉末冶金和和滚轧滚轧，有时简称位粉末冶金法。该法，有时简称位粉末冶金法。该法的主要过程是用粉末冶金制备含有放射性物质的毛坯，将毛坯夹封在延展性的主要过程是用粉末冶金制备含有放射性物质的毛坯，将毛坯夹封在延展性好、抗腐蚀性能强的

19、金属材料中，轧制箔源。好、抗腐蚀性能强的金属材料中，轧制箔源。毛坯中主要成分（毛坯中主要成分（90%）是金粉或银粉。）是金粉或银粉。混合的方法有两种：干法和湿法。混合的方法有两种：干法和湿法。 粉末冶金轧制的低活度源，粉末冶金轧制的低活度源，一般不需要再加保护层。一般不需要再加保护层。 粉末冶金法适用于大批量生产活度较低的粉末冶金法适用于大批量生产活度较低的和和放射源。放射源。源芯制备技术源芯制备技术毛坯毛坯压制成型压制成型高温烧结高温烧结箔源箔源放射源制备放射源制备技术03（3） 电化学制源法电化学制源法1 .电镀电镀电镀液中含有的放射性金属离子，在适当的电压下，可在电镀液中含有的放射性金属

20、离子，在适当的电压下，可在阴极表面还原为金属阴极表面还原为金属，或以某种，或以某种化合物形式化合物形式沉积在阴极表沉积在阴极表面。面。2.自镀自镀 溶液中某些放射性核素的离子可自沉积在一些电极电位值比溶液中某些放射性核素的离子可自沉积在一些电极电位值比它更负的金属表面上，由于它更负的金属表面上，由于这种过程是自发进行的这种过程是自发进行的，所以称作，所以称作自沉积或自镀，如在盐酸溶液中自沉积或自镀，如在盐酸溶液中Po4+可自沉积在银、铜、镍、可自沉积在银、铜、镍、铋等金属表面上。铋等金属表面上。 电化学自沉积法制放射源，只适用于少数核素。电化学自沉积法制放射源，只适用于少数核素。源芯制备技术源

21、芯制备技术放射源制备放射源制备技术03（4） 其它制源法其它制源法源芯制备技术源芯制备技术 还有其他制源方法，如还有其他制源方法，如真空升华法，电溅真空升华法，电溅射法，吸附法，溶液蒸发法，有机合成法射法，吸附法，溶液蒸发法，有机合成法等。等。 但是，这些方法应用面比较窄。但是，这些方法应用面比较窄。放射源制备放射源制备技术03源源的密封的密封技术技术源壳材料的选择须符合放射源分级标准的要求，源壳材料的选择须符合放射源分级标准的要求，具体要求是：具体要求是：（1）抗腐蚀性能好，不与源内放射性物质发生化学反应，）抗腐蚀性能好，不与源内放射性物质发生化学反应，不受环境气氛腐蚀，有时内层壳和外层壳选

22、用不同的材料。不受环境气氛腐蚀，有时内层壳和外层壳选用不同的材料。（2）足够的机械强度）足够的机械强度（3）耐腐蚀性）耐腐蚀性（4）易加工）易加工（5）易实施焊接）易实施焊接（1） 源壳材料的选择源壳材料的选择放射源制备放射源制备技术03源源的密封的密封技术技术（2） 源壳的设计源壳的设计 源窗是源壳的一部分，是有效辐射主要通过部位源窗是源壳的一部分，是有效辐射主要通过部位，对，对于于、和低能和低能源，多用与整体源壳材料不同的薄的低原子源，多用与整体源壳材料不同的薄的低原子序数材料。源窗和源壳主体焊封在一起，如果源壳主体和序数材料。源窗和源壳主体焊封在一起，如果源壳主体和源窗为同一种材料，则源

23、窗部位比较薄。源窗为同一种材料，则源窗部位比较薄。 源壳设计时，必须考虑源的放置空间和辐射分布。源壳设计时，必须考虑源的放置空间和辐射分布。放射源制备放射源制备技术03源源的密封的密封技术技术（3） 加工和焊封加工和焊封 通常设计的通常设计的源壳都是圆柱体源壳都是圆柱体的，这种源壳装料多，的，这种源壳装料多，机械强度高，容易加工和实施自动焊封。机械强度高，容易加工和实施自动焊封。 放射源的焊封根据源壳材料和源的密封要求放射源的焊封根据源壳材料和源的密封要求，可，可采用氩弧焊、银焊、锡焊、冷焊、摩擦焊、扩散焊、采用氩弧焊、银焊、锡焊、冷焊、摩擦焊、扩散焊、储能焊、等离子焊、电子束焊等，还可以采用

24、气镀密储能焊、等离子焊、电子束焊等，还可以采用气镀密封、滚压密封、高频焊封和用粘结剂密封等。封、滚压密封、高频焊封和用粘结剂密封等。放射源制备目录CONTENTS放射源的基础知识放射源制备技术放射源的设计概要典型放射源的制备01020304典型放射源的制备04放射源制备典型放射源制备04用途：用途：放射源主要用于烟雾报放射源主要用于烟雾报警器、静电消除器、放射性避雷警器、静电消除器、放射性避雷针等的粒子发生器。针等的粒子发生器。种类：种类：210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U、238U箔窗箔窗活性块状活性块状衬里衬里（1） 放射源放射源结构结构【注】箔窗常用10m以下的金或

25、金靶合金箔放射源制备典型放射源制备04 放射源应用放射源应用离子烟雾报警器离子烟雾报警器 有一个或者两个电离室，所用有一个或者两个电离室，所用放射源放射源镅镅-241（241Am），强度约），强度约0.8微居里左右；微居里左右； 正常状态下电离室收集电流稳定在一个值，当正常状态下电离室收集电流稳定在一个值，当由烟尘进入电离室会由烟尘进入电离室会破坏破坏粒子的电离效应粒子的电离效应，电，电流会发生变化，超过设定的阈值时会发出警报；流会发生变化，超过设定的阈值时会发出警报； 源活度极小，产品豁免管理。源活度极小，产品豁免管理。放射源制备典型放射源制备04制备制备241Am、238Pu、244Cm

26、放射源的主要方法分述如下：放射源的主要方法分述如下：镅、钚、锔等锕系元素镅、钚、锔等锕系元素不能不能从水溶液中从水溶液中以金属形式以金属形式沉积沉积在阴极上，它们的在阴极上，它们的化合物化合物的水解产物在适宜的的水解产物在适宜的PH范围内范围内可沉积在阴极表面可沉积在阴极表面上。在水溶液中，锕系元素的氧化上。在水溶液中，锕系元素的氧化-还原电还原电位均在氢的电位之后，因此在阴极上进行氢还原。位均在氢的电位之后，因此在阴极上进行氢还原。 这样，在阴极区积累大量的这样，在阴极区积累大量的OH-离子，形成以个高离子，形成以个高PH区，区，溶液中的溶液中的锕系元素正离子与锕系元素正离子与OH-离子形成

27、氢氧化物离子形成氢氧化物，并易沉，并易沉积在阴极上，电解过程是：积在阴极上，电解过程是：放射源制备典型放射源制备04电镀源须在空气中加热到电镀源须在空气中加热到800灼烧，灼烧，把氢氧化物把氢氧化物转化为氧化物转化为氧化物，使镀层稳定性和牢固性好并与底托结，使镀层稳定性和牢固性好并与底托结合牢固。合牢固。优点：优点：用共电沉积法生产的用共电沉积法生产的源，放射性物质分源，放射性物质分布均匀，能谱分散度小，源托片四周无放射性物质布均匀，能谱分散度小，源托片四周无放射性物质，安全性能好，美国用这种工艺生产离子感烟探测，安全性能好，美国用这种工艺生产离子感烟探测器的电离源。器的电离源。制备制备241

28、Am、238Pu、244Cm 放射源的主要方法分述如下：放射源的主要方法分述如下：放射源制备典型放射源制备04用途：用途：放射源主要用于放射源主要用于活度或活度或能量刻度的参考源，还常用于放射能量刻度的参考源，还常用于放射性测厚仪、皮肤敷贴器、气相色谱性测厚仪、皮肤敷贴器、气相色谱仪的电子捕集器、原子灯。仪的电子捕集器、原子灯。种类：种类：3H、214C、55Fe、58Co、60Co、63Ni、 85Kr、 90Sr、 90Y、 147Pm、 204TI等等（2） 放射源放射源结构：结构：中、低中、低源于源于源相似，高能源相似，高能源于源于源相似。源相似。需要源窗需要源窗，尤其是低能尤其是低能

29、源，覆盖很薄的保护膜源，覆盖很薄的保护膜即可。即可。放射源制备典型放射源制备04 放射源应用放射源应用皮肤敷贴器皮肤敷贴器 90锶锶射线射程、治疗血管瘤机理射线射程、治疗血管瘤机理： 90锶锶-90钇，释钇，释放的放的射线能量高达射线能量高达2，274兆电子伏，射线穿透皮下兆电子伏，射线穿透皮下深度可达深度可达11mm。其。其有效射程为有效射程为3-4mm，4mm以下的以下的射线能量递减，终为射线能量递减，终为0。 在在4-11mm内仍能治愈一些不太厚的海绵状、混合型内仍能治愈一些不太厚的海绵状、混合型血管瘤。血管瘤。放射源制备典型放射源制备0490Sr 、90Y 是长期平衡的母子体衰变链核素，均属于纯是长期平衡的母子体衰变链核素，均属于纯放射体。放射体。90-Sr的