Источники ядерных излучений

В ядерной геофизике используются разнообразные источники ядерных излучений. Среди них выделяют: радиоизотопные источ­ники, для которых характерны небольшие размеры, ограниченная энергия частиц и обычно невысокая интенсивность излучений; ускорители заряженных частиц и ядерные реакторы, имеющие сложное устройство, но позволяющие получать интенсивные потоки излучения с разнообразной, при необходимости и очень высокой, энергией частиц.

Радиоизотопные источники α-, β- и γ-излучения представляют собой препараты радиоактивного вещества, выпускаемые в различных формах в зависимости от назначения, типа излучения и его энергии.

Источники α-частиц. Из-за малого пробега α-частиц источники α-излу­чения изготовляют в виде тонкого слоя (меньше 0,1 мг/см²) изотопа на плоской подложке. Для получения высокой удельной активности пери­од полураспада изотопа должен быть не слишком велик. Наиболее широко применяют изотопы Рu²³⁸, Pu²³⁹, Pu²⁴⁰, U²³⁴ и Ро²¹⁰.

Источники β-излучения обычно представляют препарат с β-активным изотопом, помещенный в герметичную ампулу. Поскольку спектр β-излу­че­ния сплошной, в таблице указывается максимальная энергия частиц Е_mах. Изотоп Y⁹⁰, являющийся продуктом распада Sr⁹⁰, имеет малый период полу­распада. Поэтому через одну - две недели после изготовления источ­ника Sr⁹⁰, между последним и Y⁹⁰ устанавливается радиоактивное равновесие, т. е. по­лу­чается смешанный источник Sr⁹⁰ + Y⁹⁰ с периодом полураспада 28 лет.

Источники γ-излучения представляют собой ра­диоактивный препарат, помещенный в герметичные ампулы из нержавеющей стали или алюминия; в некоторых случаях исполь­зуются источники в виде металлических подложек с тонким слоем изотопа. Источники обычно испускают сложный спектр из не­­скольких интенсивных линий. Большинство γ-активных препаратов испу­скает и β-излучение, однако оно поглощается в корпусе ампулы или может быть легко исключено дополнительной экранировкой. Чистое γ-излучение, без сопровождающего β-излучения, получается при изомерных переходах или К-захвате.

Изотопные источники нейтронов чаще всего представляют собой смесь или сплав α-излучателя с бериллием или бором. При бомбардировке после­дних α-частицами происхо­дит реакция (а, n), например Ве⁹ (α, n) С¹²; В¹¹ (α, n) N¹⁴. Спектр нейтронов этих реакций сплошной, в основном за счет потери части энергии α-частиц на ионизацию в веществе самого источника. В качес­тве α-излучателя чаще всего применяют Ро²¹⁰ или Рu²³⁹. Достоинством пер­вого является практически полное отсутствие γ-излучения, не считая γ-кван­тов, сопровождающих часть реак­ций (α, n); недостатком — слишком малый период полураспада. Достоинством Рn²³⁹ является большой период полурас­пада, недостатком — большой вес на единицу активности, обусловли­вающий большой размер и большую стоимость по сравнению с источниками с Ро²¹⁰. Источники с бором дают более мягкий спектр нейтронов, чем источники с бериллием.

Конструктивно Ро-Ве и Ро-В источники представляют собой герметич­ные двойные ампулы из нержавеющей стали или хроми­рованной латуни, внутри которых расположена стеклянная ам­пула с порошком карбида бери­л­лия (керамическая таблетка) или карбида бора с осажденным на нем Ро²¹⁰. Pu-Ве источники представляют собой двойные ампулы, заполненные спла­вом Pu-Ве. К ампульным источникам относится источник из спонтанно делящегося материала, в первую очередь из Cf²⁵², с наиболее вероятной энергией нейтрона 1,3 МэВ. Ограниченное применение, в основном при градуи­ровке приборов, имеют фотонейтронные источники, чаще всего Sb¹²⁴ + Be. Их недостатком является большой фон g-излучения.