DE1291839B

DE1291839B - Strahlungsquelle mit einem festen Radioisotop

Info

Publication number: DE1291839B
Application number: DEM54381A
Authority: DE
Inventors: Lahr Thomas N; Walz Richard N; Johnson James R
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1961-10-04
Filing date: 1962-10-03
Publication date: 1969-04-03
Also published as: GB1025322A; US3204103A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlungsquelle mit einem festen Radioisotop, das in einem Träger verteilt ist, wobei der Träger in einem metallischen, für die Strahlung durchlässigen, mit einem Sockel fest verbundenen Behälter eingeschlossen ist.

Eine derartige Strahlungsquelle ist aus der USA.-Patentschrift 2476 644 bekannt. Bei der dort beschriebenen Strahlungsquelle sind ein pulverförmiges radioaktives Material und ein metallisches Material zusammengesintert. Der so gebildete metallische Kern umschließt dabei die radioaktiven Teilchen nicht in dem Sinn, daß diese nicht verlorengehen können, so daß ein erster und ein zweiter Metallfilm den Kern umgeben müssen, damit der Verlust von Zerfallsprodukten verhindert wird. Darüber hinaus ist die bekannte Strahlenquelle sehr zerbrechlich und gegen starke Beanspruchungen nicht widerstandsfähig.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 600 991 die Maßnahme bekanntgeworden, zur Herstellung einer Strahlungsquelle ein Radioisotop in einem keramischen Träger zu verteilen, welcher nach der Imprägnierung mit dem Radioisotop glasiert wird. Dabei wird das radioaktive Material in den Poren des keramischen Körpers, die von dem Glasurmaterial bedeckt und dann erhitzt werden, mit der Glasur reagieren, so daß sich eine Oberflächenschicht bildet, die Radioaktivität enthält. Ein Splitter dieser Fläche kann radioaktives Material freisetzen, das sich in der Umgebung der Vorrichtung zerstreut, so daß eine Gefährdung entsteht.

Aus der französischen Patentschrift 1143 070 isl die Maßnahme bekanntgeworden, die Außenwände einer Strahlungsquelle mit einem korrosionsbeständigen keramischen Überzug zu bedecken. Die dort beschriebene Strahlungsquelle enthält einen Träger, der Kohlenstoff in Form von Graphit oder aktiver Kohle enthält und mit keramischen oder glasartigen Stoffen vermischt ist. Diese Masse wird mit den Radioisotopen imprägniert, und die Oberflächen des so gewonnenen Stoffes müssen mit einem nicht porösen Film oder einer nicht porösen Schicht aus Lack, Firnis, Keramik oder Metall überzogen werden. Ein solcher Körper besitzt keinen Schutz gegen mechanische Beschädigung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Strahlungsquelle, die in der Lage ist, drastische Beanspruchungen auszuhalten. Sie muß beispielsweise hohen Temperaturen und hochkonzentriert sauren oder alkalischen Umgebungen widerstehen können und gegen mechanische Beschädigungen geschützt sein.

Das wird bei der eingangs genannten Strahlungsquelle dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß das Radioisotop in an sich bekannter Weise in einem keramischen Träger verteilt ist, wobei der Träger aus Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 500 Mikron besteht, an welche das Radioisotop gebunden ist, und daß wenigstens die Oberfläche des Sockels gemeinsam mit den Außenwänden des Metallbehälters, die nicht an den Sockel grenzen, in ebenfalls an sich bekannter Weise mit einem zusammenhängenden korrosionsbeständigen keramischen Überzug bedeckt ist.

Strahlungsquellen gemäß der Erfindung sind als Quellen für Beta-, Gamma- und Bremsstrahlung gut geeignet. Die Erfindung ermöglicht sogar Strahlungsquellen, welche spezifische geometrische Abmessungen haben, die man bisher, wenn überhaupt, nur mit sehr großen Schwierigkeiten herstellen konnte. Diese Quellen sind in der Lage Strahlung einer speziellen Art (d. h. also Beta-, Gamma-, Bremsstrahlung) rein und gleichförmig zu emittieren. Es ist ferner möglich, radioaktive Quellen herzustellen, die ungewöhnlich gedrängt gebaut sind, ohne daß irgendeine der anderen erwünschten guten Eigenschaften geopfert werden müßte. Die Radioisotope, die beim Erfindungsgegenstand zur Anwendung gelangen, sind zum ίο mindesten dreifach geschützt, und die sich ergebenden Strahlungsquellen zeichnen sich durch bisher unerreichbare Dauerhaftigkeit und Sicherheit aus.

Die radioaktiven Strahlungsquellen gemäß der Erfindung führen zu einer erheblichen Herabsetzung von Zwischenfällen und zu einer Erhöhung der Sicherheit bei Einrichtungen dieser Art. So bildet der Behälter nicht nur eine zusätzliche Hülle, die dazu dient, das radioaktive Material innerhalb eines bestimmten Raumes festzuhalten, sondern schützt darüber hinausgehend auch noch das radioaktive Material gegen nachteilige Einflüsse der Umgebung, welche zu einer Freisetzung des radioaktiven Materials führen könnten, wodurch die Umgebung kontaminiert würde.

Die Strahlungsquellen gemäß der Erfindung können sogar den nachteiligen oxydierenden Bedingungen hoher Temperaturen Widerstand leisten, wie sie bei industriellen Heizanlagen auftreten.

Der Behälter verhindert auch, daß der keramische Überzug mit dem keramischen Partikelmaterial, welches die radioaktiven Isotope enthält, zur Reaktion kommt. Wäre der Behälter nicht vorhanden, dann könnte der keramische Überzug mit den Teilchen, welche die radioaktiven Isotope enthalten, in Reaktion kommen oder diese auflösen und auf diese Weise den radioaktiven Isotopen ein unerwünschtes Entweichen in die Atmosphäre zu ermöglichen. Um den zusammenhängenden Überzug gemäß der Erfindung zu erzeugen, ist es erforderlich, die ganze Strahlungsquelle auf eine Temperatur zu bringen, die ausreicht, daß die aufgebrachte Oberschicht mit dem Behälter verschmilzt und an diesem haftenbleibt. Während des Erwärmungsprozesses würde die Höhe der erreichten Temperaturen, obwohl sie nur vorübergehend auftreten, im allgemeinen ausreichen, um wenigstens eine gewisse Reaktion zwischen dem oberen Überzug aus Keramik und dem Teilchenmaterial, in dem die radioaktiven Isotope eingeschlossen sind, zu erzeugen, würde man dieses nicht mit Hilfe des Behälters verhindern.

Für den Übergang geeignete anorganische keramische Stoffe sind unter anderem Porzellanemaille, bestimmte Glasarten, anorganische Bindemittel, schwerschmelzende Oxyde, Silikate (einschließlich Ton), Cermete, glashaltige Stoffe u. dgl.

Strahlungsquellen gemäß der Erfindung zeigen eine ungewöhnliche Festigkeit gegenüber hohen Temperaturen und gegen konzentrierte Säure oder Alkalien; so kann man beispielsweise Strahlungsquellen für medizinische Zwecke auf völlig sichere Weise durch Behandlung im Autoklav, im Wege der Trockenerhitzung usw. steril machen.

Wie im folgenden noch ausführlicher auseinandergesetzt werden soll, besteht der Strahlungsquellensockel im allgemeinen aus Metall, ebenso wie der einhüllende Behälter. Die keramischen Stoffe, die sowohl als Überzug am oberen Ende oder in der Schicht verwendet werden, und die Partikeln selbst bestehen

aus den üblichen Stoffen, obwohl man als Materialien diejenigen bevorzugt; die an Metall gebunden werden, wenn sie erwärmt werden.

Im allgemeinen kann man als Masse für die radioaktiven Keramikteilchen jeden beliebigen feinverteilien keramischen Stoff verwenden, der ein radioaktives Isotop enthält. Die Größe der einzelnen Keramikteilchen beträgt weniger als 500 Mikron und ist vorzugsweise kleiner als durchschnittlich 300 Mikron.

Ein bevorzugtes Ausgangsmaterial für radioaktive Keramikteilchen sind aus ausgelaugtem Zirkon-Phosphatglas geformte sehr kleine Perlen oder Kügelchen. Die radioaktiven Isotope werden aus einer wäßrigen Lösung von den Perlen absorbiert, und diese werden dann gebrannt, um die absorbierten Isotope darin festzuhalten. Derartige Kügelchen haben durchschnittliche Durchmesser im Bereich von etwa 10 bis 200 Mikron. Ein bevorzugter Bereich durchschnittlicher Durchmesser liegt zwischen 40 und 80 Mikron. Diese kugelförmigen Körper sind sehr gleichmäßig, nicht nur hinsichtlich der durchschnittlichen Kugelgröße der Kugeln, die in jeder gegebenen Charge enthalten sind, sondern die einzelnen Kügelchen selbst zeichnen sich auch dadurch aus, daß sie nur ganz geringe Abweichungen von der Kugelform aufweisen. Die radioaktiven Isotope, die von diesen Kügelchen oder von diesem besonderen keramischen Material absorbiert werden und die sieh besonders gut als Quellen für die Betastrahlung eignen, können irgenein Isotop sein, welches eine Betastrahlung emittiert, beispielsweise Promethium-147, Thallium-204, Kalzium-45, Yttrium-90, Strontium-90. Ein bevorzugtes Isotop, welches Betastrahlung emittiert, ist Strontium-90. Im allgemeinen enthalten die strahlenden Mikrokugeln einen Betastrahler mit einer maximalen Energie, die größer ist als 100 000 Elektronenvolt (100 keV).

Die Herstellung einer Ausführungsform der Strahlungsquelle gemäß der Erfindung, die Betastrahlung emittiert, soll im folgenden beschrieben werden; hier werden kleine Röhren als Behälter verwendet. Diese Röhren können verschiedene Längen aufweisen. Der Innendurchmesser dieser Röhren sollte zwischen 0,127 und 12,7 mm betragen, und der Außendurchmesser sollte im Bereich von 0,154 bis 15,4 mm liegen. Ein bevorzugter Innendurchmesser liegt im Bereich von 0,371 bis 0,63 mm und ein bevorzugter Außendurchmesser im Bereich von 0,477 bis 0,834 mm. Typische Metalle, die man für diese Röhren verwenden kann, enthalten Kupfer, Messing, Eisen, Beryllium, Monelmetall, Stahl u. dgl. und vorzugsweise Aluminium und rostfreien Stahl.

Die Auswahl der geeigneten Kombination von Isotop und Röhrenmaterial hängt von dem beabsichtigten Verwendungszweck der Strahlungsquelle für Betaemission ab. Der beabsichtigte Verwendungszweck und die Strahlungsabsorption der Metalle sind wichtige Kriterien. Wird beispielsweise eine Strahlungsquelle für schwache Betaemission gewünscht, dann kann man Promethium-147 (E_max=0,223 MeV) und eine dünnwandige Magnesiumröhre wählen.

Wünscht man dagegen Betateilchen im mittleren Energiebereich, dann kann man Thallium-204 (E_max=0,765 MeV) und eine Aluminiumröhre mit einer Wandstärke in der Größenordnung von 0,1 bis 0,18 mm wählen. Erfordert der Verwendungszweck dagegen Betastrahlen mit großer Durchdringungsfähigkeit und geringer Bremsstrahlung, dann kann man Strontium-Yttrium-90 (E_max =2,18 MeV) und Aluminium wählen. Für den Fall, daß eine extrem hohen Temperatur-, Chemikalien- und Stoßbeanspruchungen widerstehende Strahlungsquelle erforderlich ist, kann man Strontium-90 und Röhren aus rostfreiem Stahl wählen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Strahlungsquelle gemäß der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnähme auf die F i g. 1 bis 9 beschrieben.
Die Figuren geben im einzelnen wieder:
F i g. 1 einen in Form einer Röhre aus Metall ausgebildeten Behälter für das radioaktive keramische Trägermaterial beim Einfüllen des Trägermaterials,

F i g. 2 die Darstellung des Sockels einer Strahlungsquelle beim Einsetzen einer gefüllten und verschlossenen, als Behälter dienenden Röhre,

F i g. 3 den Sockel einer Strahlungsquelle in einer Vorrichtung zum Einsetzen und zur Befestigung einer

so als Behälter dienenden Röhre,

F i g. 4 eine noch nicht mit Endstöpseln versehene Strahlungsquelle neben einer Vorrichtung zum Befestigen der Endstöpsel;

F i g. 5 zeigt die Ansicht eines Querschnitts durch eine vollständige Strahlungsquelle nach der Erfindung in schematischer Darstellung;

F i g. 6 veranschaulicht den Sockel einer Strahlungsquelle in isometrischer Darstellung.
F i g. 7 zeigt eine Strahlenquelle beim Verschließen einer Nut, die eine gefüllte, als Behälter dienende Röhre im Sockel der Strahlungsquelle aufnimmt;

F i g. 8 ist eine Teilansicht einer vollständigen Strahlungsquelle nach der Erfindung, wobei einige Teile weggeschnitten gezeichnet sind;

F i g. 9 zeigt schematisch im Querschnitt je eine als Behälter einer Strahlungsquelle gemäß der Erfindung dienende Röhre für Betastrahlung, Gammastrahlung und Bremsstrahlung,

Bei der beispielgemäßen Strahlenquelle dient als Behälter eine abgeschnittene gereinigte Röhre 11, die an dem einen Ende 20 durch Zuschweißen verschlossen ist. Zum Einfüllen des radioaktiven Trägers wird sie in einen Röhrenhalteblock 10 eingebracht und mit einem besonderen Trichter 12 versehen, der an seinem Hals eine auf der Innenseite liegende Schulter aufweist, so daß der Trichter an der Schulter 13 anliegt, wenn er über das obere Ende der Röhre 11 gestülpt wird. Es ist erwünscht, daß sich nur ein sehr kleiner Luftraum zwischen der Außenseite der Röhre und der Innenwand des Triehterhalses befindet. Der Block 10 kann aus Gründen der Bequemlichkeit beim Füllen der Röhren im allgemeinen auf einem Vibrator befestigt werden.
Das radioaktive teilchenförmige keramische Material, das hier in Form von Perlen dargestellt ist, wird zunächst mit irgendwelchen nicht dargestellten Hilfsmitteln vorzugsweise auf über 60° C erwärmt. Hierauf entnimmt man einem Teller, der die erwärmten Perlen oder Kügelchen trägt, eine ausreichende Menge, um eine Röhre 11 zu füllen. Der Trichter 12 und die Röhre 11 werden ebenfalls erhitzt oder vorgewärmt, um jede Möglichkeit des Vorhandenseins von Wasserdampf zu vermeiden, der im allgemeinen auf Gegenständen bei Raumtemperatur vorhanden

6g ist. Die erwärmten Kügelchen werden mit Hilfe eines Löffels 14, der ein vorbestimmtes Fassungsvermögen hat, welches ausreicht, um eine Röhre zu füllen, dem Vorwärmgefäß entnommen und in den Trichter ge-

geben. Der Löffel ist an einem Tragarm 15 befestigt, stöpseln 34 oberhalb der Enden der gefüllten Röhre

der an einer Schöpfvorrichtung 16 mit Handgriff be- 11 aufweisen (Fig. 3 und 4).

festigt ist. Der Handgriff 16 der Schöpfvorrichtung Zur Erzielung einer großen Widerstandsfähigkeit hat ein Strahlenschutzschild 17, dessen Dicke und gegen hohe Temperaturen sind alle Teile der beiZusammensetzung von der Art der Strahlung ab- 5 spielsgemäßen Strahlungsquelle aus rostfreiem Stahl hängt, die von den zu behandelnden winzigen Kugel- hergestellt, mit Ausnahme der keramischen radiochen emittiert wird. aktiven Teilchen in der Röhre und der für Lötzwecke Um die Bewegung der Kügelchen durch den Trich- benutzten Legierung, mit der die Röhre an dem ter in die Röhre und weiter hinunter in den unteren Sockel und der keramischen Decke festgelötet ist. Teil der Röhre bis zu dem Füllungsstand zu erleich- io Nachdem die Röhren in den Strahlungsquellentern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die ge- sockel eingesetzt worden sind, werden sie, vorzugssamte Anordnung aus Trichter und Röhre in Schwin- weise mit Silberlot, an den Boden der Ausnehmungen gungen zu versetzen. in dem Sockelblock angelötet.

Nachdem eine Röhre gefüllt worden ist, wird der Das Silberlot schafft eine feste Verbindung zwi-Trichter abgenommen und das offene Ende der Röhre 15 sehen der Röhre und dem Basisblock und einen her-

durch Umbördeln verschlossen. metischen Abschluß für die verschiedenen Enden der

Im Bedarfsfall kann eine geschlossene Röhre aus Röhre.

Metall in irgendeine gewünschte Form gebogen wer- Nach dem Lötvorgang wird das Flußmittel durch

den, z. B. in die Form eines Kreises oder einer Abwaschen entfernt. Über den in den Sockel einge-Ellipse. Der ganze Füllvorgang einschließlich des Ab- 20 setzten Röhren werden an einem oder mehreren

dichtens und des Biegens kann in einem üblichen, mit Punkten Stöpsel 34 eingesetzt.

Handschuhen versehenen Kasten mit Scheiben aus Dabei ist, wie F i g. 4 zeigt, der Sockel 28 in einer

Plexiglas von 12,7 mm Dicke vorgenommen werden; Ausnehmung 37 in einem Halteblock 36 unterge-

ein solcher Kasten reicht aus, um die darin vornan- bracht. Die Endstöpsel werden mit Hilfe eines Treibdene Betastrahlung zu absorbieren. Nach diesem 25 blockes 35 in ihre Endlage gepreßt.

Vorgang können die gefüllten Röhren dem Kasten Der Treibblock 35 wird dann entfernt, der Sockel

entnommen werden und an einen Ort gebracht wer- 28 aus der Ausnehmung 37 herausgenommen, und

den, wo die Herstellung der Strahlungsquelle nach die Endstöpsel werden zum Fluchten mit der Ober-

der Erfindung fortgesetzt wird. fläche des Sockels gebracht, und schließlich wird die Die so gefüllten Röhren werden nun mit Wasser 30 Anordnung ausgeglüht, um alle Restspannungen zu

und einem Oberflächenreinigungsmittel gewaschen, beseitigen, die durch die Arbeitsvorgänge des Ein-

um alle Stoffe zu entfernen, die an der Außenfläche pressens der Endklemmen in ihre endgültige Lage

der gefüllten Röhren haften. entstanden sein können.

Nach dem Waschen wird die Röhre in einen Sockel Zum Reinigen und leichten Aufrauhen wird die

28 eingesetzt, welcher die gewünschte geometrische 35 Oberfläche des Sockels 28 anschließend gesand-

Form aufweist. Zum Einsetzen der Röhre in den strahlt.

Sockel 28 der Strahlungsquelle kann eine geeignete Nachdem die Oberfläche der Strahlungsquelle mit-Vorrichtung dienen (F i g. 2). Ein Behälter 25 zur Be- gesandstrahlt worden ist, wird sie einer Wischprüfung Stimmung der Lage der Röhre wird mit Hilfe von unterzogen, um Gewähr dafür zu haben, daß keinerlei Stützen 26 und 27 über einem Sockel 28 angeordnet, 40 radioaktives Material auf der äußeren Fläche der die an den schrägen Außenwänden des Behälters 25 Strahlungsquelle vorhanden ist. Nach Trocknung der so befestigt sind, daß sie über die Kanten des Sockels Strahlungsquelle wird ein Überzug aus keramischem 28 schlüpfen. Material, z. B. Porzellanemaille, durch Pinseln, Die Frage der Verwendung eines besonderen Ma- Sprühen oder Tauchen auf den Sockel aufgebracht, terials hängt von dem endgültigen Gebrauchszweck 45 wobei das Sprühen die bevorzugte Methode ist. des Sockels der Strahlungsquelle ab, aber im allge- Emaillemasse (einschließlich Sintermasse) wird in meinen benutzt man einen Sockel aus Aluminium ausreichender Menge auf die Oberfläche gegeben, um oder rostfreiem Stahl, um entweder die Erzeugung nach dem Brennen die gewünschte Dicke der Emaille von Bremsstrahlung (Aluminium) zu verringern oder auf der Oberfläche des Basisblocks zu erzielen, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen höhere Tem- 50 Es können verschiedene Emaillesinterstoffe benutzt peraturen zu erzielen (rostfreier Stahl). werden, man muß jedoch beim Aufbringen des Die einzelne Röhre soll nicht über die Oberfläche Sintermaterials auf den Quellenkörper äußerst vordes Sockels hinausragen, um der Strahlungsquelle sichtig sein und gleichzeitig den Anteil von Substan-Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Stoß zu zen mit hoher Atomzahl so gering wie möglich halten, geben, ohne daß die Herstellung eines gleichförmigen 55 um die Erzeugung unerwünschter Bremsstrahlung auf Feldes für Betastrahlung in der Nähe der Blockober- ein Mindestmaß herabzusetzen, fläche nachteilig beeinflußt wird. Im allgemeinen wählt man einen Keramiküberzug, Anstatt die Röhre in die Ausnehmung in dem der eine solche Zusammensetzung aufweist, daß min-Sockel einzusetzen, kann man diese auch an der destens 95% (und vorzugsweise 99%) der darin Oberfläche des Sockels befestigen. Man erhält daher 60 enthaltenen Elemente eine Atomzahl haben, die kleiein gleichförmiges Strahlungsfeld für einen Gesamt- ner ist als 23. So enthält z. B. eine geeignete typische bereich von 180° oberhalb des Strahlungsblocks in Sintermischung 50 bis 70% SiO,, 10 bis 40% TiO₂, einem konstanten Abstand von diesem. 0 bis 10 % Na₂O, 0 bis 10 % K₂O, 0 bis 10 »/» CaO

Die gefüllte Röhre 11 wird in ihrer Nut 31 mit und 0 bis 5 % CoO.

Hilfe eines Formblocks befestigt, der mit Stiften 33 65 Selbstverständlich sollte jeder benutzte keramische versehen ist, die die Enden der gefüllten Röhre 11 in Überzug bei den Ausführungsformen gemäß der ErLöcher in dem Sockel 28 drücken, wobei diese findung annähernd den gleichen Temperaturkoeffi-Löcher eine Erweiterung für die Aufnahme von End- zienten der Ausdehnung besitzen wie der Sockel und

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ausreichende mechanische Festigkeit besitzen. Die lungsquelle hergestellt werden. Eine typische Strah-Dicke eines keramischen Überzugs, beispielsweise lungsquellenbasis ist in F i g. 6 wiedergegeben. Hier einer Emaillesinterung, sollte größenordnungsmäßig handelt es sich um einen kreisrunden Sockel mit 0,254 bis 0,371 mm betragen. Ein bevorzugter Be- einer geradlinigen Nut. Der Sockel 53 in F i g. 6 bereich für maximale Wirksamkeit bei minimaler Ab- 5 steht aus einer Aluminiumscheibe, aus welcher eine sorption von Betastrahlung ist 0,0254 bis 0,152 mm. Röhrennut 55 herausgearbeitet ist; ferner sind Löcher Für eine Promethium-147-Quelle kann diese Dicke 54 vorgesehen. Ist die Röhre 56 in den Sockel eingebeispielsweise 0,03175 mm oder weniger betragen, setzt worden, wird sie mit dem Setzeisen 57, das mit für eine Strontium-Yttrium-90-Quelle 0,889 mm. einem Strahlungsschutzschirm 58 versehen ist, festge-

Nach dem Aufbringen wird die Porzellanemaille- io drückt (F i g. 7). Dieses Setzeisen befestigt die gefüllte

masse getrocknet und bei einer Temperatur gebrannt, Aluminiumröhre dadurch dauerhaft in ihrer Lage,

die ausreicht, um das Schmelzen des Sintermaterials daß es die Seitenflächen der Nut 55 leicht aushöhlt,

herbeizuführen und eine glasige, kontinuierliche, an- Hat man die Röhre an ihre Stelle gebracht, dann

organische und nicht poröse Emailleschicht gleich- wird die Strahlungsquelle für die Aufbringung einer

mäßig auf der Oberfläche des Sockels und über der 15 Porzellanemaille für Aluminium dadurch vorbereitet,

den Träger des Radioisotops enthaltenden Röhre zu daß das Werkstück vorgebrannt und hierauf die

erzeugen. Oberfläche der Strahlungsquelle mit einem Reini-

In diesem Stadium wird der hermetische Abschluß gungsmittel und Wasser abgebürstet wird,
der Quelle durch Eintauchen der Quelle für eine be- Die Porzellanemaille wird auf die Oberfläche der stimmte Zeit in ein heißes Ölbad geprüft. Jegliche 20 Strahlungsquelle durch Tauchen, Pinseln oder vorLuft, die dabei ausgetrieben wird, erscheint in dem zugsweise Sprühen aufgebracht und ohne vorherige Bad in Form von Blasen. Jede Quelle, die Blasen in Trocknung bei der geeigneten Temperatur während diesem Bad hervorruft, wird herausgenommen und einer geeigneten Zeitdauer gebrannt. Nach dem nicht weiterverwendet. Man benutzt hierfür ein Öl Brennen wird die Porzellanemaille nach Flecken, mit hohem Siedepunkt, also beispielsweise Silikonöl. 25 abgebrochenen Stückchen oder Rissen und Sprüngen

Eine Strahlungsquelle, welche dieses heiße Ölbad untersucht.

zum Zwecke der Dichteprüfung durchlaufen hat, Die Ansicht eines Teilquerschnitts der vollständikann dann einer Finishbehandlung unterworfen wer- gen Strahlungsquelle ist in F i g. 8 der Zeichnung den, um den ästhetischen Eindruck dadurch zu ver- wiedergegeben, in welcher der Quellensockel 53 die bessern, daß man mit Hilfe des Sandstrahlgebläses 30 gefüllte Röhre 56 bereits in seiner Nut aufgenommen jegliche überschüssige Porzellanemaille entfernt, wel- hat. Das Ergebnis des Setzvorgangs ist aus F i g. 8 bei ches sich an den Kanten oder auf der Rückseite des 60 zu ersehen, wo die Seitenwände der Nut gegen die Sockels 28 infolge der Anwendung der keramischen gefüllte Aluminiumröhre 56 gepreßt sind. Der ÜberEmaille noch befindet. zug 59 aus Porzellanemaille ist ebenfalls in teilweisem

Nach diesem Reinigungsvorgang wird die Strah- 35 Querschnitt in dieser Figur zu erkennen. Die Befesti-

lungsquelle nach dem Wischverfahren geprüft. Hier- gungslöcher 54 dienen der späteren Verwendung der

auf folgt die Kennzeichnung, worauf die Quelle durch Strahlungsquelle.

ein neuerliches Wischverfahren geprüft und dann Endansichten von drei verschiedenen Röhrentypen

aufbewahrt wird. sind in F i g. 9 wiedergegeben. Eine Röhre 64, die

Die Ansicht eines Schnitts durch eine typische 40 vorzugsweise als Betastrahlungsquelle verwendet

Strahlungsquelle gemäß der obigen Beschreibung wird, hat eine kleine Bohrung 67, um die Selbstab-

zeigt die F i g. 5. Hier befinden sich die strahlenden sorption der Betastrahlung in dem radioaktiven kera-

Trägerteilchen 18 im Innern der Röhre 11, die sich in mischen Träger selbst auf ein Mindestmaß herabzu-

ihrer richtigen Lage auf dem Sockel 28 der Strah- setzen. Die Röhrenwandung sollte ebenfalls eine

lungsquelle befindet. Der Belag 47 aus Porzellan- 45 möglichst kleine Dicke haben, um die von ihr ab-

emaille bildet die äußerste Hülle für das radioaktive sorbierte Strahlung zu reduzieren.

Material. Auf diese Weise ist das radioaktive Mate- Eine Röhre 65 mit einer viel größeren Bohrung 68

rial dreifach eingekapselt, die erste Hülle wird durch wird verwendet, wenn eine Gammastrahlungsquelle

die strahlenden Kügelchen gebildet. Die zweite Um- hergestellt werden soll, weil hier eine sehr viel klei-

hüllung bildet der Behälter in Form der verschlösse- 50 nere Selbstabsorption eintritt.

nen Röhre aus rostfreiem Stahl, und die dritte Um- Bei einer Bremsstrahlungsquelle wird eine Röhre

hüllung ist der Überzug aus Porzellanemaille. 66 mit kleiner Bohrung 69 verwendet. Die Wandung

Ein ähnlicher Aufbau kann angewendet werden, der Röhre 66 hat eine solche Stärke, daß sämtliche um eine Strahlenquelle für Betaemission zu gewinnen, Betateilchen, welche die Innenseite der Wandung erdie eine sehr geringe Bremsstrahlung abgibt. Der 55 reichen, unter Erzeugung von Bremsstrahlung absor-Zweck einer derartigen Quelle für niedrige bzw. biert werden, bevor sie die Außenseite der Wandung kleine Bremsstrahlung ist ein doppelter: erstens soll erreichen. Die Röhre ist aus Metall mit hoher Atomdie Strahlung, welche in die Umgebung der Quelle zahl hergestellt, also beispielsweise aus Blei, Gold, dringt, so weit verringert werden, daß Gefahren für Platin, Uran od. dgl.

das Bedienungspersonal verringert werden, und 60 Die Methode für die Herstellung einer Gamma-

zweitens soll das elektronische »Rauschen« in den strahlungsquelle ist genau die gleiche, wie sie für die

zugehörigen elektronischen Geräten verringert wer- Betastrahlungsquelle beschrieben worden ist. Geeig-

den, welches durch die Bremsstrahlung verursacht nete Isotope für die Gammaemission sind Kobalt-60,

wird, die die radioaktive Strahlungsquelle erzeugt. Zäsium-137, Radium-226, Zink-65. Der Innendurch-

Eine typische Strahlungsquelle für kleine oder 65 messer (Bohrung) der Röhren für Gammastrahlenniedrige Bremsstrahlung kann man herstellen, wenn quellen liegt vorzugsweise im Bereich von 0,127 bis man beispielsweise Aluminium als Material wählt, 6,35 mm. Der bevorzugte Bereich für den Außenaus welchem die Röhre und der Sockel der Strah- durchmesser ist 0,515 bis 12,7 mm.

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Es können zwei verschiedene Arten der Quellen von Bremsstrahlung hergestellt werden. Bei der einen Art wird der Bremsstrahlungsgenerator, beispielsweise Goldstaub, innig mit den strahlenden Kügelchen im Innern der Röhre vermischt. Wird dieses Verfahren der Herstellung gewählt, dann macht man die Wandung der Röhre vorzugsweise so dünn wie möglich. Bevorzugte Metalle für diese Röhren sind rostfreier Stahl, Monelmetall und Aluminium.

Bei der anderen Art einer Bremsstrahlungsquelle dient als Bremsstrahlungsgenerator der Behälter für die Betastrahlen emittierenden Radioisotope. Ist die Wandstärke der Röhre gerade gleich der maximalen Reichweite der Betateilchen, dann erhält man das Maximum der Bremsstrahlung je Einheit der vorhandenen Radioaktivität.

Gemäß der Erfindung sind auch ebene Strahlungsquellen vorgesehen. Bei diesen liegen eine Anzahl von Röhren parallel nebeneinander auf die Oberfläche eines Strahlungsquellensockels. ao

Im folgenden sei noch ein ins Detail gehendes Beispiel für die Herstellung einer Strahlenquelle gemäß der Erfindung geschildert:

Eine Röhre aus rostfreiem Stahl mit einer Länge von 3,08 cm und einem Außendurchmesser von 0,711 mm und einem Innendurchmesser von 0,508 mm wird innen mit einem löslichen Waschmittel gereinigt und an dem einen Ende durch Punktschweißen verschlossen.

10 mg ausgelaugten Kügelchenmaterials aus Zirkonium-Phosphat, welches durchschnittlich 3000 MM-curie Strontium-90 je Gramm Gesamtgewicht enthält, werden nach Abschluß des Brennvorganges zur Fixierung der Radioaktivität in diese Röhre eingefüllt, wobei die oben beschriebenen abgeschirmten Schöpfer und Trichter sowie die Vibratoranordnung benutzt werden. Nach dem Füllen wird das offene Ende der Röhre durch Umbördeln verschlossen und die Röhre selbst mit einer Waschlösung abgebürstet. Die abgebürstete Röhre wird im Wischverfahren geprüft, um die Sicherheit zu haben, daß sich kein radioaktives Material mehr an ihrer äußeren Oberfläche befindet. Das Strahlungsmaß der Röhre wird mit einer geeigneten Zählvorrichtung kontrolliert, um die Sicherheit zu haben, daß die Füllung tatsächlich aus dem vollständigen Betrag des gewünschten radioaktiven Materials besteht.

Die Röhre wird dann in eine Nut eingesetzt, die in einen rechtwinkligen Block mit den Abmessungen 25,4 · 50,8 mm aus rostfreiem Stahl von 3,175 mm Dicke geschnitten ist und die erforderlichen Endstöpsel- und Montierlöcher aufweist, und zwar geschieht dies mit den Hilfsmitteln zum Halten der Röhre, die in F i g. 3 dargestellt sind, und schließlich wird das umgebördelte Ende der Röhre mit Silberlot hermetisch verschlossen. Die überschüssige Menge des Silberlot-Fließmittels wird mit warmem Wasser abgebürstet. Die Strahlungsquelle ist dann noch einer Prüfung auf Dichtigkeit zu unterziehen, was durch Eintauchen in heißes öl bei einer Temperatur von 150° C für die Dauer von 15 Sekunden geschieht, um zu kontrollieren, ob sich irgendwelche Löcher in den Wandungen oder Enden der Röhre befinden. Das öl wird dann von der Oberfläche entfernt, und die Endstöpsel werden über die Röhre und in die Bohrungen für die Endklemmen hineingedrückt und zum bündigen Abschließen mit dem oberen Ende der Oberfläche des Sockels der Strahlungsquelle gebracht; alles verbleibende, außen vorhandene überschüssige radioaktive Material wird durch Bürsten mit heißem wäßrigem Waschmittel entfernt.

Die gesamte Anordnung wird nunmehr für die Dauer von 5 Minuten auf 871,1° C erwärmt, um alle Spannungen zu beseitigen, und dann mit dem Sandstrahlgebläse gereinigt, um die Oberfläche für das Aufbringen der Porzellanemaille zu präparieren. Nachdem die Strahlungsquelle aus Gründen der Vorsicht erneut im Wischverfahren geprüft worden ist, wird die Anordnung mit der Porzellanemailleschlämme überzogen, die man an der Luft trocknen läßt. Die überzogene Anordnung wird dann 10 Minuten lang bei 850° C in der Luft getrocknet, worauf man ihr die Möglichkeit gibt, sich abzukühlen. Die Emaillierung wird dann auf schadhafte Stellen untersucht und hierauf durch Eintauchen in Öl bei 150° C für die Dauer von 15 Sekunden auf Leckstellen geprüft. Die Kanten der Strahlungsquelle werden dann mit dem Sandstrahlgebläse gereinigt, um Oxydmaterialien zu entfernen, die sich während des Brennens der Emailleschicht bilden, und der Strahlungspegel der Quelle wird dann mit Hilfe eines Strahlungsmeßgeräts, in diesem Fall mit Hilfe einer Ionisationskammer, geprüft, um die Sicherheit zu haben, daß die Strahlungsquelle den an sie gestellten Anforderungen genügt. Hierauf wird die Strahlungsquelle erneut im Wischverfahren geprüft und mit einer Kennplatte mit Namen versehen; die Strahlungsquelle wird dann noch einmal im Wischverfahren geprüft und ist dann gebrauchsfertig.

Für die Herstellung einer Quelle für Betastrahlung mit starker Betaemission und schwacher Bremsstrahlung geht man in der gleichen Weise vor, wie eben geschildert, mit der einen Ausnahme, daß man für den Sockel und die Röhre ein Material auswählt, welches der Gruppe mit der niedrigen Atomzahl entspricht, also beispielsweise Aluminium, Graphit usw.

Die Herstellung von Quellen für Gammastrahlung erfolgt auf die gleiche Weise mit der einen Ausnahme, daß man eine Strahlungsquelle benutzt, die einen Emitter für Gammastrahlung, beispielsweise Kobalt-60, enthält, also beispielsweise Kügelchen mit 5000 Millicurie von Kobalt-60 pro Gramm.

Bremsstrahlungsquellen benutzen Isotope, wie beispielsweise Strontium-90 oder Promethium-147, zusammen mit einem Schwermetall, wie z. B. Gold.

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlungsquelle mit einem festen Radioisotop, das in einem Träger verteilt ist, wobei der Träger in einem metallischen, für die Strahlung durchlässigen, mit einem Sockel fest verbundenen Behälter eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Radioisotop in an sich bekannter Weise in einem keramischen Träger verteilt ist, wobei der Träger aus Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 500 Mikron besteht, an welche das Radioisotop gebunden ist, und daß wenigstens die Oberfläche des Sockels gemeinsam mit den Außenwänden des Metallbehälters, die nicht an den Sockel grenzen, in ebenfalls an sich bekannter Weise mit einem zusammenhängenden korrosionsbeständigen keramischen Überzug bedeckt ist.

2. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die radioaktiven keramischen Teilchen ein Radioisotop enthalten, welches Betastrahlen emittiert.

3. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven keramischen Teilchen ein Radioisotop enthalten, welches Gammastrahlen emittiert.

4. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven keramischen

Teilchen betastrahlende Radioisotope enthalten und zusammen mit Teilchen eines Materials mit hoher Atomzahl in dem Behälter untergebracht sind.

5. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Behälters so dick ist, daß sie für die ursprüngliche Betastrahlung undurchlässig, für Bremsstrahlung aber durchlässig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen