Радиоактивные источники, применяемые в строительстве в зависимости от энергии у-излучений, подразделяются на три группы: источники с жестким излучением с энергией около 1 Мэв, источники средней жесткости с энергией 0,3-0,7 Мэв и источники мягкого излучения с энергией менее 0,3 Мэв.
В качестве источника жесткого у-излучения наибольшее применение в строительстве получил кобальт-60.
Кобальт — это твердый серый магнитный металл с точкой плавления 1480, по своим физическим свойствам напоминает железо. Стабильный изотоп кобальта — кобальт-59 после захвата нейтрона превращается в радиоактивный кобальт-60.
Для получения у-лучей средней жесткости используют цезий-137. Цезий-137 является продуктом ядерного расщепления и применяется в радиографических испытаниях в виде хлорида.
Для получения у-лучей мягкого излучения используют тулий-170 и европий-155.
Тулий является редкоземельным элементом. В чистом виде это серебристый металл с плотностью около 9, состоящий из изотопа тулия-169. В чистом виде тулий получить очень трудно, поэтому он используется в виде окисла Ти203:
Иридий-192 получается облучением элемента нейтронами. Элемент иридий — это твердый хрупкий металл из семейства платины с температурой плавления 2350 и плотностью 22,4. При выборе радиоактивного источника руководствуются прежде всего тем, чтобы при заданной энергии излучения была обеспечена максимальная чувствительность его к выявлению дефектов в материале данной плотности и заданных размеров. Это достигается путем использования радиоактивных изотопов с различной энергией излучения, а также с различным периодом полураспада.
Основная характеристика некоторых радиоактивных изотопов дана в табл.32.
Основными характеристиками источников радиоактивных излучений являются энергия частиц, период полураспада и активность. Энергия ядерных частиц и квантов электромагнитного излучения измеряется в электрон-вольтах (эв). Электрон-вольт — это энергия, приобретаемая электроном в результате прохождения разности потенциалов в 1 в.
Плотность потока излучения характеризуется числом заряженных частиц или квантов электромагнитного излучения, проходящих в единицу времени через единицу площади, и измеряется в а/сек-м2 или у/сек-м2.
Интенсивность излучения характеризуется энергией, которая образуется при излучении за 1 сек на единицу площади, расположенной перпендикулярно к направлению излучения, и измеряется в втім2.
Активность измеряется скоростью распада в секунду. Скорость распада не зависит от давления, температуры и даже химического состава соединения, в которое входит радиоактивный элемент.
Взаимодействие рентгеновских и у-лучей с веществом. При прохождении ионизирующих излучений через какую-либо среду их кванты взаимодействуют с веществом среды, в результате чего изменяется энергия и направление их движения, т. е. они могут рассеиваться, поглощаться и сопровождаться другими процессами взаимодействия с веществом.
При энергии у-квантов, не превышающей 5 Мэв, имеют место два основных процесса — фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние (согласно теории рассеяния Комптона, черт. № 171).
Фотоэлектрическое поглощение представляет собой процесс, при котором вся энергия у-кванта расходуется на выбивание электрона из электронной оболочки атома. Такое явление может наблюдаться при условии, если энергия у-кванта будет превышать энергию связи электрона в электронной оболочке атома. Выбитый электрон вылетает из оболочки атома с энергией, равной разности энергий у-кванта и энергии связи электрона в атоме, а освободившаяся оболочка заполняется ближайшим наружным электроном.
Взаимодействие у-квантов происходит большей частью с электронами ближайших к ядру оболочек и выражается через линейный коэффициент фотоэлектрического поглощения
Комптоновское рассеяние у-лучей рассматривается как упругое столкновение у-квантов с электронами атомов вещества подобно столкновению упругих шаров, у-квант с огромной скоростью ударяется об электрон атома, теряет часть своей энергии и в результате удара отклоняется от первоначального направления. Такой у-квант называется уже рассеянным у-квантом.
Электрон, получивший некоторую часть энергии у-кванта вылетает из атома и называется комптоновским или электроном отдачи. Взаимодействие у-квантов со средой происходит с соблюдением законов сохранения энергии и количества движения.
У-кванты могут рассеиваться по отношению к первоначальному направлению на любой угол от 0 до 180. С увеличением угла рассеяния энергия рассеянного кванта уменьшается, и наоборот. Энергия рассеянного у-кванта определяется из уравнения.
черт. № 171. Схема процессов взаимодействия у-квантов с веществом:
а — фотоэлектрическое поглощение; б — комптоновское рассеяние; 1 -у -квант; 2 — выбитый электрон; 3 — комптоновский электрон (электрон отдачи); 4 — рассеянный 7 -квант
Рассеянный у-квант может вторично столкнуться с другим электроном, в этом случае он снова теряет часть своей энергии и снова меняет свое направление и т.д.
Комптоновские электроны, выбиваемые у-квантами, вылетают почти под прямыми углами и обладают незначительной энергией. Взаимодействие у-квантов с веществом сопровождается и другими различными процессами, так образованием пар электрон-позитронов.
