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射线无损检测的物理基础:关于工业检测用放射源的特性

嘉峪检测网        2015-03-28 20:04

前段时间,天津宏迪工程检测发展有限公司在进行探伤作业期间,丢失放射源铱192。

新闻背景:还原铱-192丢失找回全过程 一工人受到辐射损害

在工业无损检测领域,有一种门类称为:射线检测(Radiographic Testing),简称RT,常用于检测各种熔化焊接方法(电弧焊、气体保护焊、电渣焊、气焊等)的对接接头。详情请看:五大常规无损检测技术之一:射线检测(RT)的原理和特点 而应用放射源铱192(Ir192)对钢管的焊接口的探伤作业 ,属于γ射线检测。

一、放射源到底是什么?

世界上的所有物质都是由元素组成的,到目前为止,人类已经发现了100多种元素,其中人工制造的有10多种,天然界存在的有90多种。

每一种元素可以包含在多种核素,其中有一些核素是不稳定的,会发生放射性衰变。

什么是核素?

同一种元素的原子的质子数相同,但是核内的中子数却可以不同。例如:钴60(Co60)和钴59(Co59)属于钴(Co)元素的核素,Co60和Co59同样具有27个质子,但是前者有33个中子,而后者有32个中子。钴60(Co60)就是一种工业射线检测中常见的核素,具有放射性,是一种放射源。

放射源的本质就是:不稳定的放射性核素,它们会自发放出某种射线,α、β或γ射线,而变成另一种元素。以铱192(Ir192)为例子,它从不稳定状态过渡到稳定状态会释放多种不同能量的γ射线,最终变成铂192(Pt192)和锇192(Os192)。详情请看:射线无损检测的物理基础:工业用X射线和γ射线的细节

二、放射源来自何方?

一般情况下,原子序数Z≥83的许多元素及其化合物都具有放射性,它们一般在自然界中的矿物中存在。而有些放射性核素是人工合成,例如:铱192(Ir192)。人工合成的放射性核素,一般是用高能粒子轰击稳定核素的原子核,使其变成放射性核素。

目前为止,人类发现了约2000多种核素,其中人工合成的核素有1600多种,其中绝大多数都具有放射性;天然存在的核素有300多种,其中有30多种具有放射性,这些天然的放射性核素构成了“天然本底辐射”。

三、工业检测常用的放射源有哪些?

工业射线检测所用的放射源基本上为人工合成的放射性核素,下面我逐一介绍下5类常见放射源:

(1)钴60(Co60),是由稳定核素钴59(Co59)被中子照射后形成的,其半衰期为5.27年,平均能量1.25MeV,比活度中,适合透照钢板厚度40~200mm,具有铁磁性。

什么是半衰期?

放射性核素衰变掉原来核数一半所需的时间。例如:钴60(Co60),其半衰期为5.27年,这意味着钴60(Co60)每经过5.27年,其放射强度变成初始强度的一半。
什么是比活度?

单位质量放射源的放射性活度,单位:贝可/克(Bq/g),表示放射源的放射性活度,及其放射源的纯度,代表放射源的品质。

 

(2)铯137(Cs137),是铀235(U253)分裂时的一种产物,其半衰期为33年,平均能量0.661MeV ,比活度小,适合透照钢板厚度15~100mm。

实际使用的放射源是Cs137(Cs137)的盐类—CsCl,其液化温度约28°C,因此一般采用双层不锈钢壳体保存,以防止液体泄漏造成污染。

(3)铱192 (Ir192),这次放射源丢失事件的主角。它是铱191(Ir191)俘获热中子而得,其半衰期为74.4天,平均能量0.355MeV,比活度大,适合透照钢板厚度10~100mm。

实际上,此次丢失的铁链状放射源是:Ir192 γ射线探伤机的源组件,铱192 (Ir192)物质装入源包壳内,包壳采用内外两层,内层是铝包壳,外层是不锈钢包壳,可防止放射性污染扩散。因此,一般情况下,人们是看不到铱192(Ir192)的。

由于铱192(Ir192)的比活度较大,该放射源尺寸可以做得更小些,铱192(Ir192)实体只有一颗黄豆粒大小,而且一般情况下都是伴有其他杂质元素的,并不是铱192(Ir192)单质。

铁链状放射源,图片来自相关截图:

(4)铥170(Tm170),由热中子轰击铥169(Tm169)后生成,其半衰期是128天,平均能量0.072MeV,比活度大,适合透照钢板厚度3~20mm,可用作薄金属及轻金属的检测。

(5)硒75(Se75),将硒74(Se74)放入反应堆中受中子照射,通过俘获中子后生成,其半衰期120.4天,平均能量0.206MeV ,比活度中,适合透照钢板厚度5~40mm。

四、我们该如何识别放射源?

2005年1月1日以后,我国规定人工合成的每一个工业放射源都有一个唯一而且不会重复使用的编码,由12位数字和字母组成,分别表示生产单位(或生产国)、出厂年份、核素代码、产品序列号、放射源类别等内容。

放射源编码由12位数字和字母组成,其中:

第1-2位:国内生产的放射源,为生产单位代码,用两位数字表示;国外生产的,为生产国家代码,用两位字母表示,例如:美国代码为US。

第3-4位:为出厂年份,用年份后2位数字表示。如2004年出厂的放射源,则填写04。放射源于2005年1月1日前出厂且年份不清楚的,填写NN。

第5-6位:为核素代码。2005年1月1日前出厂的放射源且本项不清楚的,填写NN。

第7-11位:为产品序列号。

第12位:出厂时放射源类别。分为1、2、3、4、5类源,分别填写1、2、3、4、5,不清楚的填写N。

什么是放射源类别?

(1)、1类放射源属极危险源。没有防护情况下,接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡。(2)、2类放射源属高危险源。没有防护情况下,接触这类源几小时至几天可以致人死亡。(3)、3类放射源属中危险源。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,接触几天至几周也可致人死亡。 (4)、4类放射源属低危险源。基本不会对人造成永久性损伤,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。 (5)、 5类放射源属极低危险源。不会对人造成永久性损伤。

 

举个例子,中国原子能科学研究院2005年生产的Cs137放射源,则其编码为: 0405CS000013。

04代表中国原子能科学研究院,05代表2005年生产,CS是铯的元素符号,00001是产品序列号,3代表属于3类放射源,即中危险源。

因此,我们遇见工业检测用的放射源,从编码我们可以识别放射源的核素种类、生产时间、属于哪一类放射源。

参考资料:

【1】射线检测,第一章射线检测的物理基础:工业检测常用放射性同位素的特性

【2】关于发布放射源编码规则的通知

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来源:红色荒漠