RU2454744C1 - Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements - Google Patents

Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements Download PDF

Info

Publication number
RU2454744C1
RU2454744C1 RU2011105407/07A RU2011105407A RU2454744C1 RU 2454744 C1 RU2454744 C1 RU 2454744C1 RU 2011105407/07 A RU2011105407/07 A RU 2011105407/07A RU 2011105407 A RU2011105407 A RU 2011105407A RU 2454744 C1 RU2454744 C1 RU 2454744C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
radionuclide
alkaline earth
sources based
acetate
Prior art date
Application number
RU2011105407/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Абрамович Цирлин (RU)
Владимир Абрамович Цирлин
Лариса Дмитриевна Николаева (RU)
Лариса Дмитриевна Николаева
Николай Константинович Мокин (RU)
Николай Константинович Мокин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина"
Priority to RU2011105407/07A priority Critical patent/RU2454744C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2454744C1 publication Critical patent/RU2454744C1/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method involves making the active part of a source from porous ceramic material via saturation thereof with acetate of a radioactive alkali-earth element and conversion thereof to a carbonate by heating. On all steps of said process, the radioactive substance does not react with material of the matrix.
EFFECT: method enables to produce highly reliable sources based on Ca45, Sr90, Ba133, Ra226 radionuclides using a simple method with low radiation load on personnel.
3 cl

Description

Изобретение относится к области технологии изготовления закрытых радионуклидных источников фотонного и бета-излучений.The invention relates to the field of manufacturing technology of sealed radionuclide sources of photon and beta radiation.

Источники ионизирующего излучения, состоящие из керамической активной части, обладающие свойствами термической, радиационной и гидролитической устойчивости, являются наиболее безопасными с точки зрения потенциальной возможности загрязнения окружающей среды. В особенности это относится к источникам повышенной мощности, работающим в экстремальных условиях, увеличивающих риск аварийной разгерметизации капсулирующей оболочки.Sources of ionizing radiation, consisting of a ceramic active part, with the properties of thermal, radiation and hydrolytic stability, are the safest from the point of view of the potential for environmental pollution. In particular, this applies to sources of increased power operating in extreme conditions, increasing the risk of emergency depressurization of the encapsulating shell.

Необходимость обеспечения безопасных условий труда на предприятиях-изготовителях такой продукции привела к постепенной замене традиционной порошковой технологии изготовления активных частей источников на технологию пропитки заранее изготовленной пористой матрицы радиоактивным раствором с последующим закреплением радионуклида в нерастворимой форме.The need to ensure safe working conditions at the manufacturers of such products led to the gradual replacement of the traditional powder technology for the manufacture of active parts of the sources with the technology of impregnating a pre-made porous matrix with a radioactive solution, followed by fixing the radionuclide in an insoluble form.

Практически к осуществлению этого процесса подходят двумя путями.In practice, this process is approached in two ways.

Первый путь - это использование материала матрицы в качестве одного из исходных компонентов в процессе перевода радиоактивного вещества в нерастворимую термически и радиационно стойкую форму. Так, в способе по патенту [GB 14425627, INTCL G21G 4/00, G21H 5/02, дата публикации 1976-02-18] предлагается изготавливать активную часть источников в виде пористых таблеток из апатитоподобной керамики, которая при ее пропитке галоидными солями щелочноземельных металлов химически фиксирует их по реакции:The first way is to use the matrix material as one of the starting components in the process of converting a radioactive substance into an insoluble thermally and radiation-resistant form. So, in the method according to the patent [GB 14425627, INTCL G21G 4/00, G21H 5/02, publication date 1976-02-18] it is proposed to produce the active part of the sources in the form of porous tablets from apatite-like ceramic, which when it is impregnated with halide salts of alkaline earth metals chemically fixes them by reaction:

Figure 00000001
Figure 00000001

где M - двухвалентный радионуклид, например Ca, Sr, Ba;where M is a divalent radionuclide, for example Ca, Sr, Ba;

M' - двухвалентный нерадиоактивный металл;M 'is a divalent non-radioactive metal;

X - галоген.X is halogen.

На конечной стадии процесса осуществляется сушка таблеток и термический обжиг.At the final stage of the process, the tablets are dried and fired.

Подобным образом используется материал матрицы активной части в способе по патенту [US 3093593, INTCL G21F 9/12, G21F 9/30, дата публикации 1963-11-06]. Для прочной фиксации радионуклидов, с целью их захоронения или изготовления источников, разработан метод и состав керамики со свойствами поверхностного термического остекловывания (глазурования). Соли радионуклидов, осажденные путем пропитывания и сушки в порах такой керамики при температуре 1200-1400°С за счет взаимодействия с компонентами матрицы, переходят в нерастворимую силикатную форму. Доведение закладной активности до требуемого значения достигается цикличностью процесса "пропитка-прокаливание". Но как показывает опыт, уже после первого цикла некоторые зоны матрицы становятся недоступными для дополнительного введения в них радиоактивного вещества.Similarly, the matrix material of the active part is used in the method of the patent [US 3093593, INTCL G21F 9/12, G21F 9/30, publication date 1963-11-06]. For solid fixation of radionuclides, with the aim of their burial or the manufacture of sources, a method and composition of ceramics with the properties of surface thermal vitrification (glazing) have been developed. Salts of radionuclides deposited by impregnation and drying in the pores of such ceramics at a temperature of 1200-1400 ° C due to interaction with the components of the matrix are transformed into an insoluble silicate form. Bringing the mortgage activity to the required value is achieved by the cyclic process of "impregnation-calcination". But experience shows that already after the first cycle some zones of the matrix become inaccessible for additional introduction of a radioactive substance into them.

Следствием этого является неравномерность выходящего потока фотонного и в особенности бета-излучения источников, изготовленных таким способом. Также известно, что фиксация радиоактивного вещества на поверхности матрицы значительно ниже, чем внутри, что объясняется ограниченной емкостью внешней поверхности.The consequence of this is the unevenness of the output photon and, in particular, beta radiation from sources made in this way. It is also known that the fixation of a radioactive substance on the surface of the matrix is much lower than inside, due to the limited capacity of the outer surface.

Второй путь - это использование матрицы в качестве инертного каркаса-носителя, в порах которого пропитывающее радиоактивное вещество фиксируется путем химического превращения его в нерастворимую форму. Примером может служить способ по патенту [US 3664148, INTCL G21G 4/04, G21G 4/00, дата публикации 1968-01-16]. Матрица из пористого кремнезема последовательно пропитывается двумя растворами - сначала раствором, содержащим радиоактивный материал, а затем - переводящим его в нерастворимую форму. В качестве примера приводится перевод хлорида стронция в нерастворимый сульфат с помощью сульфата натрия или серной кислоты. Для дополнительной герметизации активной части используют ее поверхностное оплавление или металлизацию.The second way is the use of a matrix as an inert carrier frame, in the pores of which the impregnating radioactive substance is fixed by chemically converting it into an insoluble form. An example is the method of the patent [US 3664148, INTCL G21G 4/04, G21G 4/00, publication date 1968-01-16]. The matrix of porous silica is sequentially impregnated with two solutions - first a solution containing radioactive material, and then - transforming it into an insoluble form. An example is the conversion of strontium chloride to insoluble sulfate using sodium sulfate or sulfuric acid. For additional sealing of the active part, its surface fusion or metallization is used.

Очевидный недостаток этого способа следует из механизма его реализации. Процесс отверждения радиоактивного материала в порах матрицы развивается от периферии к центру по мере продвижения пропитывающего фиксирующего раствора и идет до тех пор, пока образовавшаяся нерастворимая соль не перекроет входы капиллярных каналов. Для щелочноземельных радионуклидов с невысокой удельной активностью вероятность такого события чрезвычайно высока, а следовательно, и высока вероятность оставления радиоактивного вещества в глубине матрицы в растворимой форме.The obvious disadvantage of this method follows from the mechanism of its implementation. The curing process of the radioactive material in the pores of the matrix develops from the periphery to the center as the impregnating fixative solution moves forward and continues until the formed insoluble salt overlaps the entrances of the capillary channels. For alkaline earth radionuclides with a low specific activity, the probability of such an event is extremely high, and therefore, the probability of leaving a radioactive substance in the depth of the matrix in a soluble form is also high.

Данный способ можно рассматривать в качестве прототипа изобретения.This method can be considered as a prototype of the invention.

Задача предлагаемого изобретения заключается в создании способа надежной фиксации щелочноземельных радионуклидов в пористой керамической матрице, используемой при изготовлении источников.The objective of the invention is to create a method for reliable fixation of alkaline earth radionuclides in a porous ceramic matrix used in the manufacture of sources.

Поставленная задача решатся тем, что в качестве радиоактивного материала, пропитывающего керамическую матрицу, используют ацетат радионуклида из группы щелочноземельных элементов.The problem will be solved in that as the radioactive material impregnating the ceramic matrix, radionuclide acetate from the group of alkaline earth elements is used.

Известно [Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. изд. 4-е пер. и доп. М., «Химия», 1974. 408 с, 66 рис.], что в результате термического разложения ацетатов щелочноземельных элементов получают их нерастворимые термически и радиационностойкие карбонаты, то есть выполняются все основные требования к химической форме активной части источника. Реакция протекает с образованием ацетона, который легко удаляется из пористой матрицы:It is known [Karjakin Yu.V., Angelov I.I. Pure chemicals. ed. 4th per. and add. M., “Chemistry”, 1974. 408 s, 66 Fig.] That as a result of thermal decomposition of acetates of alkaline-earth elements, their insoluble thermally and radiation-resistant carbonates are obtained, that is, all basic requirements for the chemical form of the active part of the source are fulfilled. The reaction proceeds with the formation of acetone, which is easily removed from the porous matrix:

M(CH3COO)2=MCO3+(CH3)2CO↑,M (CH 3 COO) 2 = MCO 3 + (CH 3 ) 2 CO ↑,

где M - двухвалентный радионуклид, например Ca, Sr, Ba, Ra.where M is a divalent radionuclide, for example Ca, Sr, Ba, Ra.

Процесс разложения ацетатов щелочноземельных элементов начинается уже при 150°С, а при 550°С он проходит быстро, одновременно по всей массе вещества и до конца. В указанном интервале температур практически не один из обычно используемых материалов матрицы (стеатитовая, алюмосиликатная, кордиеритовая керамика) не взаимодействует с тугоплавкими карбонатами. В то же время карбонаты легко растворяются в уксусной кислоте, что в случае необходимости допускает передел активной части без потери радиоактивного вещества, а также его изъятие из источников, выработавших установленный ресурс. При этом радиоактивное вещество не загрязняется конструкционным материалом матрицы и капсулы источника.The decomposition of acetates of alkaline earth elements begins already at 150 ° C, and at 550 ° C it passes quickly, simultaneously over the entire mass of the substance to the end. In the indicated temperature range, practically not one of the commonly used matrix materials (steatite, aluminosilicate, cordierite ceramics) does not interact with refractory carbonates. At the same time, carbonates easily dissolve in acetic acid, which, if necessary, allows the redistribution of the active part without loss of radioactive substance, as well as its removal from sources that have developed a specified resource. In this case, the radioactive substance is not contaminated with the structural material of the matrix and the source capsule.

Пропитывание пористой матрицы насыщенным раствором соли радионуклида - практически одностадийный процесс, так как закупоривание каналов, в дальнейшем, препятствует существенной корректировке закладной активности источника. В случае щелочноземельных элементов их ацетатные соли, имеющие максимальное значение растворимости, позволяют добиться лучших результатов при изготовлении малогабаритных источников большой мощности.The impregnation of the porous matrix with a saturated solution of the radionuclide salt is an almost one-step process, since clogging of the channels, in the future, prevents a significant correction of the embedded activity of the source. In the case of alkaline earth elements, their acetate salts, having a maximum solubility value, allow to achieve better results in the manufacture of small-sized sources of high power.

Технический результат изобретения заключается в создании способа, позволяющего изготавливать высоконадежные источники на основе радионуклидов Ca45, Sr90, Ba133, Ra226 простым способом с малыми радиационными нагрузками на работающий персонал.The technical result of the invention is to create a method that allows the production of highly reliable sources based on radionuclides Ca 45 , Sr 90 , Ba 133 , Ra 226 in a simple way with low radiation loads on working personnel.

Пример 1Example 1

Активная часть представляет собой таблетку диаметром 4 мм и высотой 1,2 мм, изготовленную из пористой алюмосиликатной керамики плотности 1,6 г/см, открытая пористость - 55%, емкость таблетки по воде - 6 мкл, требуемая закладная активность - 20 мКи. При удельной активности препарата Ba133 9 мКи/г требуется 5,2 мкл насыщенного раствора его ацетата. Это количество отбирается дозатором и накапывается на пористую таблетку из алюмосиликатной керамики, которая высушивается и прокаливается при температуре 550°С в течение 1 часа до полного разложения ацетата бария и перехода его в карбонат. Готовую активную часть источника подвергают капсулированию.The active part is a tablet with a diameter of 4 mm and a height of 1.2 mm, made of porous aluminosilicate ceramics with a density of 1.6 g / cm, open porosity - 55%, water capacity of the tablet - 6 μl, the required mortar activity - 20 mCi. With a specific activity of Ba 133 9 mCi / g, 5.2 μl of a saturated solution of its acetate is required. This amount is selected by the dispenser and collected on a porous aluminosilicate ceramic tablet, which is dried and calcined at 550 ° C for 1 hour until the barium acetate is completely decomposed and converted to carbonate. The finished active part of the source is subjected to encapsulation.

Пример 2Example 2

Активная часть представляет собой таблетку диаметром 3 мм и высотой 1,5 мм, изготовленную из пористой стеатитовой керамики плотности 1,7 г/см, открытая пористость - 50%, емкость таблетки по воде - 4,2 мкл, требуемая закладная активность - 10 мКи. При удельной активности препарата Sr90 64 мКи/мг требуется 3,2 мкл насыщенного раствора его ацетата. Это количество отбирается дозатором и накапывается на пористую таблетку из стеатитовой керамики, которая высушивается и прокаливается при температуре 550°С в течение 1 часа до полного разложения ацетата стронция и перехода его в карбонат. Готовую активную часть источника подвергают капсулированию.The active part is a tablet with a diameter of 3 mm and a height of 1.5 mm, made of porous steatite ceramics with a density of 1.7 g / cm, open porosity - 50%, tablet water capacity - 4.2 μl, required mortgage activity - 10 mCi . With a specific activity of Sr 90 of 64 mCi / mg, 3.2 μl of a saturated solution of its acetate is required. This amount is selected by the dispenser and accumulated on a porous tablet made of steatite ceramics, which is dried and calcined at a temperature of 550 ° C for 1 hour until the strontium acetate is completely decomposed and converted to carbonate. The finished active part of the source is subjected to encapsulation.

Claims (3)

1. Способ изготовления источников на основе радионуклида, выбранного из группы щелочноземельных элементов, включающий изготовление активной части путем фиксации радионуклида в керамической матрице, перевод радионуклида в радиационно устойчивую нерастворимую форму и последующее капсулирование, отличающийся тем, что пористую керамическую матрицу пропитывают ацетатом радиоактивного щелочноземельного элемента и переводят его в карбонат нагреванием.1. A method of manufacturing sources based on a radionuclide selected from the group of alkaline earth elements, comprising manufacturing an active part by fixing the radionuclide in a ceramic matrix, converting the radionuclide into a radiation-stable insoluble form and subsequent encapsulation, characterized in that the porous ceramic matrix is impregnated with acetate of a radioactive alkaline earth element and transfer it to carbonate by heating. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревание матрицы осуществляют до температуры, превышающей температуру разложения ацетата, но ниже температуры взаимодействия образовавшегося карбоната с материалом матрицы.2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the matrix is carried out to a temperature exceeding the decomposition temperature of the acetate, but below the temperature of the interaction of the formed carbonate with the matrix material. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве материала матрицы используют керамическое вещество, не вступающее во взаимодействие с ацетатами щелочноземельных металлов и продуктами их термического разложения. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the matrix material using a ceramic substance that does not interact with acetates of alkaline earth metals and their thermal decomposition products.
RU2011105407/07A 2011-02-14 2011-02-14 Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements RU2454744C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105407/07A RU2454744C1 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105407/07A RU2454744C1 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2454744C1 true RU2454744C1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46682009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011105407/07A RU2454744C1 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2454744C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2522668C1 (en) * 2012-10-31 2014-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственынй научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Method of obtaining strontium-82
RU2538398C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing strontium-82 radioisotope
RU2543051C2 (en) * 2013-07-12 2015-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Apparatus for producing strontium-82

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3364148A (en) * 1964-08-26 1968-01-16 Atlantic Res Corp High silica matrix radioactive source and method of preparation
GB2130783A (en) * 1982-10-21 1984-06-06 Nukem Gmbh A process for the solidification of aqueous radioactive waste
RU2179344C2 (en) * 2000-03-09 2002-02-10 Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. акад. А.И. Лейпунского Method for manufacturing ultrasonic-activity alpha-ray sources for natural pulsars and gammaray source manufactured by using this method
RU2004104932A (en) * 2003-11-21 2005-07-27 Роман Александрович Веселовский (UA) Polyisocyanate composition for impregnation of concrete and method of impregnation of concrete
RU2343575C2 (en) * 2007-02-19 2009-01-10 Петербургский ин-т ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН Method of long-living radionuclides fixation for storage and transmutation
CN101693024A (en) * 2009-10-20 2010-04-14 中国科学院化学研究所 Radionuclide-labelled biodegradable bioabsorbable biopolymer nano fibrous membrane, preparation process and application thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3364148A (en) * 1964-08-26 1968-01-16 Atlantic Res Corp High silica matrix radioactive source and method of preparation
GB2130783A (en) * 1982-10-21 1984-06-06 Nukem Gmbh A process for the solidification of aqueous radioactive waste
RU2179344C2 (en) * 2000-03-09 2002-02-10 Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. акад. А.И. Лейпунского Method for manufacturing ultrasonic-activity alpha-ray sources for natural pulsars and gammaray source manufactured by using this method
RU2004104932A (en) * 2003-11-21 2005-07-27 Роман Александрович Веселовский (UA) Polyisocyanate composition for impregnation of concrete and method of impregnation of concrete
RU2343575C2 (en) * 2007-02-19 2009-01-10 Петербургский ин-т ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН Method of long-living radionuclides fixation for storage and transmutation
CN101693024A (en) * 2009-10-20 2010-04-14 中国科学院化学研究所 Radionuclide-labelled biodegradable bioabsorbable biopolymer nano fibrous membrane, preparation process and application thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2522668C1 (en) * 2012-10-31 2014-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственынй научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Method of obtaining strontium-82
RU2543051C2 (en) * 2013-07-12 2015-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Apparatus for producing strontium-82
RU2538398C1 (en) * 2013-07-23 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing strontium-82 radioisotope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2454744C1 (en) Method of producing sources based on radionuclide selected from alkali-earth elements
KR101716842B1 (en) Isotope production target
ES2341711T3 (en) SYSTEM AND PROCEDURE FOR THE DESTRUCTION OF RADIOACTIVE WASTE.
JP2008524341A (en) Radiation memory phosphor and its application
WO2017172948A1 (en) Enhancing toughness in microencapsulated nuclear fuel
CN106588012A (en) Low-valence ion doped multicomponent composite ceramic scintillator and preparation method thereof
CN108877979B (en) Sealed radioactive source of photovoltaic isotope-like battery and preparation method thereof
KR101677854B1 (en) Zeolite scintillator and method of manufacturing the zeolite scintillator
RU2511215C1 (en) Target for producing mo-99 isotope
JPH05273368A (en) Radioactivity capturing agent for fission products produced in nuclear fuel element
RU2588594C1 (en) Method of producing nanostructured target for producing molybdenum-99 radioisotopes
RU2666552C1 (en) Method of producing nanostructured target for production of molybdenum-99
US10737949B2 (en) Radiation source for intra-lumen imaging capsule
KR20180007370A (en) Trapping filter of radioactive cesium gas made of kaolinite raw material and preparation method thereof
WO2018165185A1 (en) Tritiated nitroxides and uses thereof
GB1025322A (en) Radiation sources
US20170248376A1 (en) Heat storage
RU2578039C1 (en) Method of producing nanostructured target for production of molybdenum-99 radioisotope
RU2724108C1 (en) Target for radioactive isotopes production and method of manufacturing thereof
RU2436179C1 (en) Start target composition on basis of radium, and manufacturing method thereof
El-Shaboury et al. Synthesis of radioiodinated 4-[* I] iodoantipyrine via isotopic exchange
RU2084980C1 (en) Method for separating product radioactive nuclide from parent one
RU2176419C1 (en) Method for manufacturing extended ionizing radiation sources
RU2343575C2 (en) Method of long-living radionuclides fixation for storage and transmutation
SU671194A1 (en) Method of preparing iodine-123

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190215