Využití izotopů v techniceDruhy radioaktivního záření: Radioaktivita je vlastnost nestabilních atomových jader měnit se v jádra jiná, fyzikálně a chemicky zcela odlišná. a/ Záření alfa: Jádro radioaktivního izotopu vymršťuje rychle letící jádra hélia /tzv. částice alfa/. b/ Záření beta: Z jádra vyletují svazky rychle letících elektronů nebo pozitronů. Pozitronový rozpad /beta plus/ je typický pro některé radioizotopy a pozoroval je již F. Joliot v roce 1934. c/ Záření gama: Z jádra jsou vysílány paprsky gama, které mají elektromagnetickou podstatu na rozdíl od předchozích dvou druhů korpuskulárního záření. Záření gama obvykle doprovádí předchozí druhy rozpadu a svými vlastnostmi se blíží krátkovlnnému rentgenovému záření. Vedle těchto všeobecně známých rozpadů je důležité též pohlcení elektronu jádrem /tzv. K-záchyt/. Jeden proton v jádru se změní v neutron, prázdné místo v K-slupce se zaplní z některé vnější slupky a tento přeskok je doprovázen vysíláním charakteristického rentgenového záření.+35Detekce radioaktivního záření – ionizační komora: Radioaktivní záření při průchodu plynem vyvolává v nejbližším okolí ionizaci. Velikost ionizace je úměrná intenzitě procházejících paprsků. Nejznámějším přístrojem zkonstruovaným na tomto principu je ionizační komora. Je to nádoba se dvěma elektrodami od sebe oddělenými vzduchem nebo jiným plynem. Obě elektrody jsou připojeny na zdroj stejnosměrného proudu o napětí několikset voltů a do okruhu je zapojen citlivý galvanometr. Při průchodu radioaktivního záření prostorem mezi oběma elektrodami dojde k ionizaci a okruhem projde proud, jehož velikost se měří galvanometrem neb elektronkovým měřičem proudu.Detekce radioaktivního záření – Geiger-Müllerova trubice: Malé intenzity radioaktivního záření se měří G-M-počítačem, který je schopen zaznamenat téměř každou část alfa a beta a každý desátý foton gama. Vlastní počítač tvoří dvě elektrody umístěné ve skleněné neb hliníkové trubici obsahující zředěný plyn. Jedna elektroda bývá dutý válec, druhá je tenký drátek napnutý v ose a je k němu přiváděno vysoké napětí 500–2000 V. Při průchodu záření vzniká zase ionizace, ionty jsou elektrickým polem urychlovány a na cestě vyvolávají lavinovitou ionizaci, takže se nakonec dostane měřitelný impuls.Detekce radioaktivního záření – Scintilační trubice: Některé látky /tzv. fosfory/ vykazují scintilační jevy při dopadu ionizačního záření. Jsou to např. krystaly anthracénu, sirníku zinečnatého, wolframu vápenatého, krystaly jodidu a chloridu draselného s přísadami těžkých kovů. Při slabé scintilaci je nutno k zesílení užít fotonásobičů a pak lze dosáhnout při měření velmi vysoké citlivosti a přesnosti.Osobní ochrana – tužkový kapesní dozimetr – bateriový indikátor záření – Měřič záření beta, gama: Tužkový kapesní dozimetr je určen pro kontrolu ozáření pracovníků. Je to malá ionizační komůrka spojená s indikátorem náboje. Indikátor náboje je repulsní vláknový elektrometr s mikroskopem a stupnicí dělenou přímo v jednotkách měřené dávky. Bateriový indikátor záření slouží k měření znečištění zářiče beta nebo gama v laboratořích, na stolech, v přístrojích, na oblecích, v nádobách apod. Je vybaven G-M-trubicí a napájen žhavicí baterií a miniaturní anodovou baterií. Měřič záření beta a gama je přenosný bateriový přístroj, určený k rychlému měření malých intenzit záření beta a gama. Jako čidla se používá G-M-trubice, která je uložena v sondě.Zpracování radioaktivních izotopů pomocí dálkových manipulátorů: Veškeré práce s radioaktivními izotopy musí být ve většině případů konány pomocí dálkových manipulátorů /umělé ruce/, které chrání pracovníka před škodlivým ozářením, ale přesto dovolují provádět veškeré manipulace /řezání, nalévání, vážení, balení apod./.Expedice radioaktivních izotopů: Při odesílání radioaktivních materiálů je nutno dbát na všechna platná nařízení o transportu zářičů. Zářiče jsou odesílány ve speciálních krytech a obalech, na kterých je jasně patrný symbol radioaktivního materiálu.Rozličné druhy radioizotopů a transportní kryty: Radioaktivní izotopy jsou dodávány v rozličných formách a skupenstvích. Jsou to např. drátky, terčíky, tekutiny, radioaktivní sloučeniny apod. Podle stupně aktivity jsou také dimenzovány vhodné kryty z vhodných materiálů. Skleněné lahvičky vložené v papírových krabicích jsou pro slabé aktivity, kdežto těžké olověné a ocelové kryty jsou určeny pro silné zářiče gama.Hlavní obory použití radioizotopů: Dnes se radioizotopů používá prakticky ve všech technických a vědních oborech, ale nejdůležitější jsou ty, které jsou uvedeny ve schématu.Defektoskopie a/ zkoušení materiálu, b/ nejdůležitější radioizotopy pro gamadefektoskopii: Nejznámějším použitím radioizotopů v technice je při zkoušení materiálů bez porušení pomocí paprsků gama /tzv. gamadefektoskopie/. Nejvhodnější zářiče pro gamadefektoskopii jsou kobalt 60, cesium 137, iridium 192, thulium 170. V dnešní době je v ČSSR řada závodů, které již mnoho let úspěšně používají radioizotopů v defektoskopii, a to zejména při zkoušení homogenity ocelových odlitků.Defektoskopie – abc/ vliv velikosti a polohy, def/ a polohy zdroje na ostrost obrazu; foto: Příklad radiogramu s bodovým zdrojem: a/b/c/ Graf znázorňuje vliv velikosti zdroje záření na ostrost získaného gamagramu. d/e/f/ Závislost polohy zdroje záření na ostrost obrazu. Příklad radiogramu s bodovým zdrojem.Defektoskopie – a/ Obvodový radiogram ocelové přímy, b/ provádění snímku s vysunutým zářičem: Pomocí zářiče umístěného v ose přímy je možno jednou expozicí prozářit celý obvodový svar. Pro tuto metodu se užívá zařízení, u kterého lze z ochranného krytu vysunout zářič do vhodné polohy.Prozařování odlitku a přenosný kryt: Za prozařovanou částí je rentgenový film ve speciální kazetě. Zářič je v přenosném ochranném krytu; odklopením olověného uzávěru se uvolní cesta paprskům gama.Příprava prozařování a převozný kryt pro Co 60: Před prozařováním je nutno celý proces připravit. V kovové kazetě je mezi zesilujícími fóliemi umístěn oboustranně polévaný rentgenový film. Na zkoušený materiál se připevní kontrolní tělísko /např. drátky o odstupňované tloušťce zalité v gumě/ pro určení citlivosti zkoušky a olověná písmenka s číslicemi k určení čísla snímku. Pro tlustostěnné odlitky je třeba použít zářiče /kobalt 60/ s velmi vysokou aktivitou a pro ty je nutný převozný kryt.Kontrola svarů na konstrukci pomocí radioiridia – kontrola svarů na potrubí: Výhody zářičů gama se zejména projeví při zkoušení svarů na hotových konstrukcích. Dříve používaný rentgenový aparát byl příliš těžký a práce s ním byla daleko obtížnější. Při kontrole svarů potrubí v terénu se rovněž velmi dobře uplatnily gamazářiče, které nepotřebují přívod elektrického proudu – práce s nimi je daleko snadnější nežli s technickým rentgenem.Sériová defektoskopie. Radiogram: Bodové gamazářiče dovolují provádět sériovou defektoskopii stejných nebo podobných odlitků. Snímek pořízený pomocí gamazářiče /tzv. radiogram/ se neliší od rentgenogramu. Ukáže zeslabená místa, díry a trhliny.Měření tloušťky materiálu pomocí radioizotopů – a/ Bezdotykový měřič tloušťky fólií /zářič beta/, b/ Kontrola tloušťky fólií z plastických hmot: Závislosti zeslabení záření na tloušťce prozařovaného materiálu je využito při konstrukci bezdotykových měřičů tloušťky /prozařovací metoda/. Měřič tloušťky fólií /zářič beta/. Kontrola tloušťky fólií z plastických hmot.Měření tloušťky stěny potrubí v terénu: Pomocí radioaktivních zářičů lze měřit tloušťku stěn potrubí v terénu.a/ Měření tloušťky povlaku odrazovou metodou, b/ Měřič povlaku: Někdy jsou obě strany měřeného objektu nepřístupné, např. při měření tenké vrstvy povlaku naneseného na podkladu z jiného materiálu. V tomto případě se používá odrazové metody. Princip metody je založen na poznatku, že intenzita rozptýleného záření gama roste se stoupající tloušťkou vrstvy.Tři typy usměrňovačů – Měření úrovně hladiny: Zařízení pro měření výšky hladiny kapaliny /v tlakových nádobách, tekutý kov, žíraviny apod./ jsou rovněž řešena za užití radioaktivních zářičů. Na schématu jsou tři typy takových zařízení.a/ Měřič hladiny RH 1 /konstrukce: Ústav pro výzkum, výrobu a využití radioizotopů v Praze – ÚVVVR Praha/, b/ Detail krytu zářiče gama /PKG/ pro měřič hladiny: Kryt zabraňuje ozáření okolních pracujících.a/ Regulace násypu kuplovny /souprava RH2, ÚVVVR/, b/ Detekce záření – ionizační komora IKG, c/ Optická indikace zavážky.Měření hustoty zeminy v potrubí: Regulace hustoty zeminy v potrubí pomocí zářičů gama. Používá se jich při hydromechanických pracích k dosažení optimálního poměru: voda – zemina.Kontrola plnění cigaret /prozařovací metoda/: Prozařovací způsob při kontrole plnění cigaret je v podstatě založen na hustoměru s radioaktivním zářičem. Používá se srovnávací metody, kdy zářič prozařuje současně standard a kontrolovaný objekt.Automatické třídění cínovaných plechů s registrací: Je založeno na odrazové metodě s vysokým stupněm automatizace.Měření množství rozmělněné cukrové třtiny pomocí radioaktivních zářičů /„vážení“/.Měření a hlášení tloušťky sněhové vrstvy: Pomocí radioaktivních zářičů lze automaticky měřit tloušťku sněhové vrstvy a výsledky lze rádiem hlásit podle stanoveného kódu do ústředny. Řada takových automatických stanic již pracuje na mnoha místech /v horách/ a lze pak lépe předvídat jarní povodně.Sledování, jak se opotřebila vyzdívka pece: Mezi první použití radioaktivních indikátorů patří sledování vyhořívání vyzdívky ve vysoké peci. Stupeň vyhořívání vyzdívky je dán postupným odplavováním radioaktivních indikátorů uložených v různých hloubkách vyzdívky.Studium opotřebení strojních součástí: Lze velmi pečlivě a přesně sledovat pomocí radioizotopů. Do studovaného materiálu /detailu/ se buď vnese vhodný radioizotop, nebo se studovaná součástka aktivuje v atomovém reaktoru. Nepatrné množství radioaktivního otěru, např. automobilového pístu, se okamžitě projeví v aktivitě mazacího oleje, kterou lze citlivě sledovat a měřit. Citlivost této metody je extrémně vysoká.Studium opotřebení pístních kroužků leteckých motorů: Za užití radioaktivních indikátorů usnadnilo a urychlilo hledání vhodných zabíhacích podmínek, volbu nejvhodnějších filtrů, mazadel apodobně. Výhoda této metody spočívá v možnosti sledovat proces opotřebení v jeho průběhu.Studium opotřebení řezných nástrojů /aktivovaných buď v reaktoru nebo přidáním radioaktivních přísad/: Dovoluje nalézt optimální řezné podmínky, nejvýhodnější tvar nožů a nejvhodnější materiál.Označování dvou druhů nafty dopravované jedním potrubím do dvou různých rafinerií – a/ detail ventilu, b/ schéma: Mezi dnes již klasické metody patří označování rozhraní dvou druhů nafty dopravovaných jedním potrubím do dvou různých rafinerií. Mezi jednotlivé různé dodávky se do potrubí vstříkne radioaktivní roztok, který udává, kdy začíná protékat potrubím jiný druh suroviny. Toto rozhraní se zaregistruje i stovky kilometrů daleko detektorem záření. /1 – motor, 2 – olejová nádržka, 3 – míchačka, 4 – hladinoměr, 5 – elektromotor k míchačce, 6 a 7 – úprava potrubí pro vložení počítací trubice, 8 – GM trubice, 9 – chladič oleje, 10 – olejové potrubí, 11 – přepínací kohoutek, 12 – nádržka s benzínem na promývání potrubí, 13 – pumpa/.Zjišťování trhlin v potrubí pod zemí: Radioaktivní roztok vstříknutý do potrubí usnadní zjistit místo, kde je potrubí prasklé. Ulehčí se tak hledání závady, která je dosti častá jak u vodního, tak u naftového nebo plynového potrubí.Odstraňování statické elektřiny: Schopnost radioaktivních paprsků ionizovat okolní prostředí se používá při odstraňování statické elektřiny, která způsobila v papírnách a textilkách časté požáry.Radiační chemie – Zkoušení vlastností materiálu po ozáření paprsky gama: Důležitým oborem aplikace radioizotopů je radiační chemie. Mohutným ozářením lze u řady materiálů /např. polymerů/ dosáhnout nové, výhodnější vlastnosti. Významná je například radiační vulkanizace kaučuku.׋›Využití izotopů v techniceVýrobceDPrahaRok1964Délka39 okénekAutor textuKuba Josef RNDr., CSc.PředlohaFYZKOznačení2135Další diafilmy výrobceVýcvik s nářadím I. DílNárodní museumMechanické prostředky na obdělávání půdy v ovocných sadechKoně a jejich vybavení při soustřeďování dřeva
