Способ изготовления активной части малогабаритных источников гамма-излучения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии изготовления источников ионизирующего излучения и может быть использовано для изготовления активной части малогабаритных источников гамма-излучения высокой объемной активности в условиях "горячих камер". Цель изобретения -упрощение процесса формовки активной части источников, повышение точности дозировки и радиационной безопасности процесса изготовления источников. Материал, содержащий радионуклид, помещают в пресс-форму в количестве, превышающем необходимое для формирования активной части источника, нагревают на 20-30^oС выше температуры его плавления и заливают под давлением в капилляры или стаканы, предварительно установленные в пресс-форме. После охлаждения сборки на 20-30^oС ниже температуры плавления материала, содержащего радионуклид, снимают давление, охлаждают сборку до комнатной температуры и выпрессовывают активные части источников из пресс-формы. Устройство (пресс-форма) для осуществления способа состоит из многогнездовой сборной матрицы, в которую установлены капилляры или стаканы и которая помещена в цилиндрическую обойму и двух сборных пуансонов -нижнего и верхнего. На боковой поверхности нижнего пуансона выполнены карманы в виде кольцевых канавок для удаления избытка прессуемого материала и облегчения съема нижнего пуансона. 1ил.

Изобретение относится к технологии изготовления источников ионизирующего излучения и может быть использовано, например, для изготовления активной части малогабаритных РИИИ на основе цезия-137 высокой объемной активности в условиях "горячих камер". Известен способ изготовления малогабаритных РИИИ на основе цезия-137, предусматривающий плавление вещества-матрицы (цезийсодержащего стекла). В соответствии с этим способом активная часть источников изготовления путем грануляции расплавленного радиоактивного цезийсодержащего стекла. Затем необходимое количество гранул помешают в ампулу из нержавеющей стали, которая заваривается. Указанный способ принят за прототип, поскольку является максимально близким к заявляемому. Основным недостатком способов-аналогов и способа-прототипа является то, что процедура изготовления активной части малогабаритных РИИИ слишком сложна в основном на стадии дозировки радиоактивного материала. Это обусловлено, главным образом, необходимостью осуществления всех процедур с высокоактивными препаратами в условиях "горячих камер" с помощью манипуляторов. В способе-прототипе проблема дозировки частично решается введением предварительной стадии грануляции, которая неизбежно предполагает сортировку и калибровку гранул по размерам и значениям активности радионуклида. Необходимо отметить при решении проблемы дозировки, что грануляция резко снижает степень заполнения капсулы источника радиоактивным материалом и, соответственно, уменьшает объемную активность, весьма важный показатель качества РИИИ. Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. упрощение процесса изготовления активной части малогабаритных РИИИ (например на основе цезия-137) с высокой активностью за счет отказа от стадии грануляции. Поставленная цель достигается путем заливки расплавленного вещества - матрицы, содержащей радионуклид, в предварительно изготовленные и установленные в пресс-форму капилляры или стаканы под давлением, причем количество активного материала берут с избытком по сравнению с его количеством в активной части, осуществляя нагревание активного материала в пресс-форме до температур, превышающих температуры плавления, с последующим приложением давления для принудительной заливки расплавленного материала в капилляры или стаканы, охлаждением до температур на 20-30^oС меньших, чем температура плавления, снятием давления, естественным охлаждением пресс-формы и выпрессовкой изготовленных активных частей малогабаритных РИИИ. Требование нагревания пресс-формы до температур, превышающих температуру плавления, очевидно, так как иначе не может быть осуществлена заливка. Естественно, что слишком высокие температуры нецелесообразны, поскольку необходимо свести к минимуму взаимодействие активного материала с материалом пресс-формы, капилляров или стаканов. Давление, которое необходимо приложить для принудительной заливки, является функцией вязкости активного материала. В случае цезийсодержащих фосфатных веществ-матрицы, как правило, достаточно давления 11-15 МПа. Необходимость снятия давления после охлаждения активного материала до температур, на 20- 30^oС меньших температуры плавления, определяется тем обстоятельством, что при 20-30^oС ниже точки плавления происходит перестановка структуры большинства веществ и, если охлаждение активных сердечников ниже этой температуры, проводить под давлением, в веществе-матрице создаются внутренние напряжения, вызывающие растрескивание активного материала после снятия давления, что, в свою очередь приводит к частичному "выкрашиванию" из стакана или капилляра, особенно при помещении активной части в воду. Полнота заполнения. т.е. точность дозировки, обеспечивается как применением давления, так и наличием заведомого избытка активного материала сверх необходимого для полного заполнения капилляров или стаканов. Поскольку плотность индивидуального вещества величина постоянная, дозировка активного материала обеспечивается фиксацией объема капилляра или стакана. Естественно, что в случае одновременного заполнения нескольких гнезд и отсутствия жестких требований к массе избыточного материала, разовая порция высокоактивного препарата может быть выбрана произвольно, но обязательно в избытке, и ее дозировка не представляет особых трудностей даже в условиях "горячих камер". Устройство, представляющее собой закрытую пресс-форму специальной конструкции, обеспечивает заявляемому способу повышение радиационной безопасности процесса, по сравнению со способом-прототипом, поскольку нагревание активного материала осуществляют в замкнутом объеме, а стадия грануляции исключена. Широко известны одно- и многогнездовые пресс-формы для изготовления цилиндрических изделий, состоящие из матриц-пуансонов. Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является многогнездовая пресс-форма, верхний и нижний пуансоны которой снабжены формующими наконечниками, выполненными в виде дисков из пластичного материала (устройство-прототип). Известные технические решения применительно к осуществлению заявляемого способа не дают возможность удалить избыток активного материала, что отражается на корректности дозировки по объему. Кроме того, слишком сложна выпрессовка готовых изделий после охлаждения. (Как правило происходит растрескивание и раскалывание активной части). Целью изобретения является устранение указанных недостатков. т.е. обеспечение возможности формовки активной части малогабаритных источников гамма-излучений путем заливки расплавленного активного материала (при его избытке) под давлением в гнезда матрицы с последующей простой выпрессовкой изделий. Поставленная цель достигается тем, что в гнезда матрицы помещают тонкостенные капилляры или стаканы, внешний диаметр которых соответствует внутреннему диаметру гнезд, матрица выполнена разборной (разрез идет по диаметру гнезда матрицы) для облегчения выпрессовки, а пресс-форма дополнительно снабжена карманами для удаления избытка активного материала. Пример 1 осуществления способа в разработанном устройстве. На чертеже изображена пресс-форма в исходном для горячего литья положении. Она изготовлена из графита марки АТ-1500, ТУ 48-20-4-77 и состоит из многогнездовой сборной матрицы 8, 3, 4, расположенной в обойме 9, двух сложных пуансонов верхнего 10, 1, 2 и нижнего 6,7. На боковой поверхности нижнего пуансона выполнены карманы А в виде кольцевых канавок для захода лишнего активного материала, а также для облегчения съема пуансона 7. Сборка пресс-формы осуществляется в следующей последовательности. В обойму 9 устанавливают нижний пуансон 6, 7 до упора. Затем в пресс-форму помещают имитатор активного материала Cs₂Fe₂О(PО₄)₂ 1 г, что по расчету приблизительно на 5-7% больше необходимого для заливки материала в капилляры. Затем в пресс-форму опускают сборную гнездовую матрицу, в гнезда которой помещены капиллярные трубки, изготовленные из материала 12Х18Н10Т. После этого в пресс-форму вставляют верхний пуансон 1,2,10. Собранную пресс-форму устанавливают в нагревательное устройство (на чертеже не показано) и после достижения температуры 980-990^oС к верхнему пуансону 1, 2, 10, прикладывают давление 10-15 МПа, под действием которого материал 5 заходит в капилляры 4, а излишек материала заходит в предусмотренные карманы. Затем сборку охлаждают до температур 920-930^oС. снимают давление и пресс-форма с изготовленными активными частями охлаждается естественно до комнатной температуры. Затем из пресс-формы вынимают пуансон 7 и шайбу 1. Подачей давления 10-15 МПа на верхний пуансон 2 осуществляют выпрессовку стержня 8 с залитыми Cs₂Fe₂О(PО₄)₂ капиллярами 4 в отверстие втулки 6. Получены макеты активных частей РИИИ на основе цезия 137 со средней плотностью по веществу-матрице (Cs₂Fe₂O(PO₄)₂) 3,7 г/см³, что составляет 97% от теоретической плотности. Таким образом, заявляемый способ позволяет существенно упростить процесс изготовления активной части малогабаритных РИИИ за счет дозировки материала по объему, которая задается размерами капилляров или малогабаритных стаканов. П р и м е р 2. Все процедуры аналогичным образом (см. пример 1) проводят с заявляемой пресс-формой, когда в гнезда матрицы вставлены не капилляры, а стаканы ⊘ 2 мм и высотой 5 мм, толщина стенок 0,1 мм, выполненные из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Достигнута плотность 98% от теоретической. Таким образом, заявляемый способ позволяет не вводить стадию грануляции, повышает степень заполнения и, соответственно, объемную активность источника, а также радиационную безопасность процесса, поскольку нагревание и плавление активного материала осуществляется в закрытой пресс-форме. Заявляемое устройство в сущности и позволяет эффективно осуществить указанный способ в плане дозировки. Кроме того, по сравнению с устройством-прототипом, существенно облегчается процесс выпрессовки изделий после заливки и охлаждения. Заявляемые способ и устройство, созданные специально применительно к условиям работы в горячей камере, могут использоваться для изготовления малогабаритных частей РИИИ не только на основе цезия-137, но и других источников гамма-излучения с температурами плавления матриц до 1500^oС. Ограничение в сущности относится только к термоустойчивости материала пресс-формы и тонкостенных капилляров или стаканов, которые в принципе могут быть выполнены из тугоплавких материалов.

Формула изобретения

1.Способ изготовления активной части малогабаритных источников гамма-излучения, включающий операции формовки активной части плавлением материала, содержащего радионуклид, и его дозировки, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса формовки активной части, повышения точности дозировки и радиационной безопасности процесса, дозировку и формовку материала, содержащего радионуклид, осуществляют одновременно путем заливки расплавленного материала в капилляры или малогабаритные стаканы под давлением, для чего количество материала, содержащего радионуклид, взятое с избытком по сравнению с его количеством в активной части, нагревают в пресс-форме на 20-30°С выше температуры его плавления, после заливки материал охлаждают на 20-30°С ниже температуры плавлениям, после чего снимают приложенное давление, охлаждают до комнатной температуры и выпрессовывают активные части источников из пресс-форм. 2. Устройство для изготовления активной части малогабаритных источников гамма-излучения, включающее пресс-форму, снабженную многогнездовой матрицей и пуансонами, установленными с возможностью осевого перемещения, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса, повышения точности дозировки при сокращении времени изготовления активной части и повышения радиационной безопасности, в гнезда матрицы помещены тонкостенные капилляры или малогабаритные стаканы, внешний диаметр которых соответствует внутреннему диаметру гнезд матрицы, матрица выполнена разборной, а пресс-форма снабжена карманами для удаления избытка прессуемого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---