KONTROLA SZCZELNOŚCI ZAMKNIĘTYCH ŹRÓDEŁ

KONTROLA SZCZELNOŚCI ZAMKNIĘTYCH ŹRÓDEŁ
PROMIENIOTWÓRCZYCH STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE
I W MEDYCYNIE
Andrzej PIASECKI
Tomasz JANIAK
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Izotopów
POLATOM
1.WSTĘP
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Izotopów POLATOM prowadzi prace badawczorozwojowe i wdrożeniowe w zakresie nowych konstrukcji zamkniętych źródeł
promieniotwórczych dla zastosowań przemysłowych i medycznych. W ostatnim okresie
opracowano technologię produkcji źródeł iterbu-169 oraz selenu-75 stosowanych w
radiografii przemysłowej, a także źródeł jodu-125 i rutenu-106 do zastosowań medycznych.
Zamknięte źródło promieniotwórcze składa się z kapsuły (obudowy) wewnątrz której,
umieszczony jest element z materiałem promieniotwórczym (część aktywna), w sposób
trwały i gwarantujący szczelność. Konstrukcję źródeł iterbu-169 i selenu-75 stosowanych w
radiografii przemysłowej przedstawiono na rys.1, a na rys.2 konstrukcję źródeł jodu-125 i
rutenu-106 stosowanych w medycynie do terapii nowotworów mózgu i gałki ocznej metodą
brachyterapii.
Rys.1 Źródła promieniotwórcze stosowane w radiografii przemysłowej
1
Ziarno jodu-125
Aplikator oftalmiczny "ziarnowy"
Aplikatory oftalmiczne jodu-125 i rutenu-106 monolityczne
Rys.2. Źródła promieniotwórcze stosowane w medycynie
Podstawowymi warunkami dopuszczającymi źródło do eksploatacji są: szczelność i
odporność na działanie czynników zewnętrznych takich jak temperatura, ciśnienie, uderzenie
mechaniczne, wibracje oraz przebicie mechaniczne. Odporność na działanie w/w czynników
zewnętrznych bada się poddając partię źródeł testom, których parametry i sposób
przeprowadzenia opisane są w normie PN-ISO 2919 (badania wykonuje się dla typu źródła).
Warunkiem przejścia z wynikiem pozytywnym określonego badania jest szczelność źródła
po tym badaniu. Również w procesie produkcyjnym pozytywny wynik kontroli szczelności
jest podstawowym warunkiem dopuszczenia źródła do eksploatacji. Źródło uznaje się za
szczelne jeśli wartość uwolnionej aktywności nie przekracza 0,2 kBq.
2.METODY KONTROLI SZCZELNOŚCI
Metody oraz sposób wykonania kontroli szczelności źródeł promieniotwórczych zawarte są
w normie PN-ISO9978.
Granice wykrywalności i wartości dopuszczalne dla poszczególnych metod badania
przedstawia tabela 1.
2
Tabela 1.
Metoda badania
Punkt
normy
Granica
wykrywalności
Aktywność, Bq
Badanie metodą zanurzenia
w gorącej cieczy
Badanie metodą zanurzenia
we wrzącej cieczy
Badanie metodą zanurzenia
w ciekłym scyntylatorze
Badanie metodą absorpcji
emanowanego gazu
Badanie metodą emanacji
gazu w ciekłym
scyntylatorze
Badanie metodą wymazu
na mokro
Badanie metodą wymazu
na sucho
Wartości dopuszczalne
Zawartość
Zawartość
ulegająca
nie
ługowaniu lub
ulegająca
gazowa
ługowaniu
kBq
5.1.1
10 do 1
0,2
0,2
5.1.2
10 do 1
0,2
0,2
5.1.3
10 do 1
0,2
0,2
5.2.1
4 do 0,4
_1)
(
0,2
Rn/12h)
222
5.2.2
0,4 do 0,004
_1)
5.3.1
10 do 1
0,2
0,2
(222Rn/12h)
0,2
5.3.2
10 do 1
0,2
0,2
Standardowa szybkość upływu helu, µPa·m3·s-1
Badanie helowe
Badanie helowe
ciśnieniowe
Badanie pęcherzykowe
próżniowe
Badanie pęcherzykowe w
gorącej cieczy
Badanie pęcherzykowe
przy podwyższonym
ciśnieniu
Badanie pęcherzykowe w
ciekłym azocie
6.1.1
10-2 do 10-4
1
10-2
6.1.2
1 do 10-2
1
10-2
6.2.1
1 2)
1
_ 3)
6.2.2
1 2)
1
_ 3)
6.2.3
1 2)
1
_ 3)
6.2.4
10-2
1
10-2
2)
Badanie przy
Przyrost masy wody, µg
podwyższonym ciśnieniu
_ 3)
6.3
wody
10
10
1) Nieodpowiednia
2) Granice wykrywalności mają zastosowanie jedynie w przypadku pojedynczych
wycieków w korzystnych warunkach wzrokowych
3) Czułość niewystarczająca
3
Metody badań można podzielić na dwie grupy:
- metody nieradiometryczne
- metody radiometryczne
Stosując metodę nieradiometryczną należy określić zależność między upływnością
objętościową a ubytkiem materiału promieniotwórczego właściwą dla obranej metody. W
praktyce jest to trudne do określenia ze względu na różnorodność materiałów
promieniotwórczych stosowanych w zamkniętych źródłach. Najbardziej czułą z metod
nieradiometrycznych jest metoda z zastosowaniem masowego spektrometru helowego – punkt
6.1.1 lub punkt 6.1.2 normy. Jednakże, zgodnie z wymaganiami normy, wolna objętość
wewnątrz źródła powinna wynosić minimum 100 mm3. Warunek ten w źródłach zamkniętych
praktycznie nigdy nie jest spełniony. Metoda ta znajduje natomiast zastosowanie, między
innymi, do kontroli szczelności zasobników aktywacyjnych, w których odbywa się
napromienianie materiału tarczowego w reaktorze.
W pracach badawczych obejmujących opracowanie konstrukcji, technologii wykonania
oraz badania odpornościowe źródeł, jak również w procesie produkcyjnym stosowane są
metody radiometryczne:
- metody wymazów- punkt 5.3.1 i punkt 5.3.2 normy
- metody immersyjne – punkt 5.1.1 i punkt 5.1.2 normy.
Metody wymazów stosuje się do wstępnej kontroli szczelności źródła. Metodą na podstawie
której, źródło uzyskuje atest jest badanie szczelności przez zanurzenie źródła w gorącej
cieczy-punkt 5.1.1 normy.
3. KONTROLA SZCZELNOŚCI NA ETAPIE BADAWCZYM I W PROCESIE
PRODUKCYJNYM
W badaniach odpornościowych (badania klasyfikacyjne typu) do kontroli szczelności
stosuje się metodę zanurzenia źródła w gorącej cieczy. Badania wykonuje się używając źródeł
symulujących. Źródło symulujące jest kopią źródła zamkniętego wykonaną zgodnie z
opracowaną technologią, jednakże zamiast materiału promieniotwórczego wewnątrz obudowy
zawiera substancję promieniotwórczą w ilościach śladowych, o własnościach fizycznych i
chemicznych zbliżonych do tego materiału. Po wykonaniu źródła symulującego badana jest
jego szczelność. Źródło zanurza się w określonej objętości cieczy (woda z dodatkiem
detergentu) o temperaturze 50ºC i przetrzymuje się je w tej temperaturze przez 4 godz.
Następnie wyjmuje się źródło, pobiera 1ml cieczy i wykonuje się pomiar jej aktywności
metodą spektrometryczną. Źródło jest szczelne jeśli aktywność całej objętości cieczy w której
było moczone nie przekracza 0,2 kBq. Następnie źródło poddaje się określonemu badaniu
odpornościowemu i po badaniu ponownie kontroluje jego szczelność wyżej opisaną metodą.
Źródło przeszło określone badanie z wynikiem pozytywnym jeśli uwolniona aktywność nie
przekracza 0,2 kBq. Opisaną metodą kontroluje się szczelność każdego źródła wytworzonego
w procesie produkcyjnym, które stosowane jest zarówno w przemyśle jak i w medycynie.
Stosowana w OBRI POLATOM metoda kontroli szczelności źródeł na etapie
opracowywania i zatwierdzania nowych typów oraz w procesie produkcyjnym gwarantuje
dobrą jakość oraz zapewnia bezpieczną ich eksploatację.
4