DE1026889B

DE1026889B - Procedure and arrangement for increasing the effectiveness of radioactive sources

Info

Publication number: DE1026889B
Application number: DEST10513A
Authority: DE
Inventors: Dr Hugo Stintzing
Original assignee: HUGO STINTZING DR
Current assignee: HUGO STINTZING DR
Priority date: 1955-11-04
Filing date: 1955-11-04
Publication date: 1958-03-27

Description

Verfahren und Anordnung zur Steigerung der Wirksamkeit von radioaktiven Strahlenquellen Bei den derzeit für praktische Anwendungen, beispielsweise für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und medizinische Diagnostik, zur Verfügung stehenden radioaktiven Strahlenquellen ist der Aktivität der einzelnen Stoffe nach oben eine praktische Grenze gesetzt. Es ist zwar möglich, bei künstlich radioaktiven Strahlenquellen bei der Aktivierung eine ausreichend hohe Gesamtaktivität in tragbar kurzer Aktivierungszeit zu erreichen. Benötigt man jedoch für bestimmte Aufgaben sehr kleine Strahlenquellen, so ist es nicht möglich, diesen kleinen Körpern in der gleichen Zeit die gleiche Gesamtaktivität aufzuzwingen wie größeren Körpern, sondern es sind längere Aktivierungszeiten erforderlich. Dementsprechend steigt auch der Preis für derartige Stoffe mit einer höheren Potenz an, so daß bisher kleine Strahlungsquellen hoher Gesamtaktivität aus wirtschaftlichen Erwägungen noch keine allgemeine Anwendung gefunden haben.Method and arrangement for increasing the effectiveness of radioactive Radiation sources When currently used for practical applications, for example for the non-destructive testing and medical diagnostics, available radioactive sources of radiation is the activity of the individual substances upwards one practical limit set. It is possible with artificially radioactive radiation sources during activation, a sufficiently high total activity in a manageably short activation time to reach. However, if you need very small radiation sources for certain tasks, so it is not possible to have these little bodies the same at the same time Forcing total activity like larger bodies, but rather longer activation times necessary. Accordingly, the price for such substances also increases with a higher potency, so that previously small radiation sources of high total activity have not yet found general application for economic reasons.

Die Erfindung bezweckt, Herstellungsverfahren und spezielle Ausführungsformen von Strahlungsquellen anzugeben, so daß auch solche kleinen Strahlungsquellen eine erhöhte Wirksamkeit besitzen und trotzdem in wirtschaftlich tragbaren Zeiten aktiviert und daher zu einem für praktische Verwendung in Frage kommenden Preis hergestellt werden können.The invention aims at manufacturing methods and specific embodiments of radiation sources, so that even such small radiation sources a Have increased effectiveness and still be activated in economically viable times and therefore manufactured at a price suitable for practical use can be.

Es ist an sich bekannt, die strahlende Substanz eines Alphastrahlers, bei welchem radioaktive Gase als Zerfallsprodukte auftreten, durch inaktive Folien gas:dicht einzuschließen, wobei die Folien so dünn sind, daß sie die Alphastrahlen durchlassen. Es ist ferner bekannt, durch einen Aktivierungsvorgang das Element Strontium in Yttrium umzuwandeln und das Endprodukt, also die gereinigte Strahlersubstanz, in Pulverform in Kapseln zu verpacken. Es sind auch Untersuchungen darüber angestellt worden, ob für eine Strahlenquelle die Form eines massiven Zylinders oder eines tassenförmigen Rotationskörpers geeigneter sei.It is known per se, the radiating substance of an alpha emitter, in which radioactive gases occur as decay products, through inactive foils gas: to be sealed tight, the foils being so thin that they absorb the alpha rays let through. It is also known to activate the element To convert strontium into yttrium and the end product, i.e. the purified emitter substance, packed in powder form in capsules. Investigations are also being carried out on it whether for a radiation source the shape of a solid cylinder or a cup-shaped body of revolution is more suitable.

Ausgehend von der Überlegung, daß bei gegebenem Fluß der aktivierenden Strahlung (z. B. Neutronenstrahlung) die in der Zeiteinheit zu gewinnende Gesamtaktivität im wesentlichen von dem ausgenutzten Querschnitt des Energieflusses abhängt, beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die optimalen Bedingungen für die Form des Stoffes bei der kurzzeitigen Aktivierung verschieden sind von den optimalen Bedingungen bei der Verwendung des aktivierten Stoffes als Strahlenquelle mit weitestgehender Ausnutzung der erzielten Gesamtaktivität für die Strahlungswirkung.Based on the consideration that with a given flow the activating Radiation (e.g. neutron radiation) the total activity to be gained in the unit of time depends essentially on the utilized cross-section of the energy flow the invention based on the knowledge that the optimal conditions for the shape of the Substance in the short-term activation are different from the optimal conditions when using the activated substance as a radiation source with as much as possible Utilization of the achieved total activity for the radiation effect.

Erfindungsgemäß wird zur Steigerung der Wirksamkeit von radioaktiven Strahlenquellen das zu aktivierende Material in einer für den Aktivierungsprozeß günstigen Gestalt aktiviert und hierauf in solcher Weise verändert, daß bei praktisch unverminderter Gesamtaktivität diese in bezug auf eine bevorzugte Strahlungsrichtung besser ausgenutzt und durch Selbstabsorption praktisch nicht vermindert wird.According to the invention to increase the effectiveness of radioactive Radiation sources the material to be activated in one for the activation process activated favorable shape and then changed in such a way that with practical undiminished overall activity this in relation to a preferred direction of radiation is better used and is practically not reduced by self-absorption.

Es ist dadurch möglich, die einander in gewisser Weise widersprechenden Bedingungen für eine möglichst schnelle Aktivierung des Stoffes einerseits und eine möglichst hohe Strahlintensität bei der Verwendung als Strahlenquelle kleiner Abmessungen andererseits in Einklang zu bringen. Zweckmäßigerweise werden die Stoffe, welche für die Aktivierung als größere Blöcke, dicke Stäbe u. dgl. ausgebildet sind, nach der Aktivierung durch Pressen, Walzen, Ziehen u. dgl. in, dünne Bänder, Drähte oder andere Formen umgestaltet. Hierbei wird die nutzbare Gesamtaktivität nicht vermindert, aber es wird die Möglichkeit eröffnet, Strahlenquellen zu schaffen, bei denen ein, sehr großer Teil der Gesamtaktivität für eine Strahlungsrichtung oder für die Bestrahlung einer verhältnismäßig kleinen Fläche nutzbar gemacht wird. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die Strahlenquelle zur Abbildung kleiner Objekte verwendet wird, beispielsweise bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung oder bei der medizinischen Diagnostik. Da beim Aktivierungsprozeß nur ein verhältnismäßig geringer Prozentsatz des bestrahlten Materials aktiviert wird, kann es vorteilhaft sein, das bestrahlte Material in an sich bekannter Weise durch Isotopentrennung anzureichern, wenn der Ausgangsstoff eine andere Massenzahl hat als das aktivierte Isotop (z. B. wenn die Aktivierung durch Neutroneneinfang erfolgt ist.It is thereby possible to see the contradicting one another in a certain way Conditions for the fastest possible activation of the substance on the one hand and a Highest possible beam intensity when used as a radiation source of small dimensions on the other hand to reconcile. Appropriately, the substances, which for activation as larger blocks, thick rods and the like activation by pressing, rolling, drawing and the like into thin strips, wires or redesigned other forms. This does not reduce the total usable activity, but it opens up the possibility of creating radiation sources where a, very large part of the total activity for one direction of radiation or for the irradiation a relatively small area is made usable. This is special Meaning if the radiation source is used to image small objects, for example in non-destructive material testing or in medical Diagnosis. Because only a relatively small percentage during the activation process of the irradiated material is activated, it can be advantageous to use the irradiated Enrich material in a known manner by isotope separation if the The starting material has a different mass number than the activated isotope (e.g. if the Activation by neutron capture has occurred.

Um den Stoff möglichst gleichmäßig in seiner ganzen Ausdehnung zu aktivieren, ist es günstig, ihn während der Aktivierung um möglichst viele Achsen zu drehen. Will man aber für bestimmte Zwecke gerade ungleichmäßig aktivierte Quellen haben, so soll diese Bewegung ungleichrriäßig erfolgen, insbesondere durch periodische Veränderung der Drehgeschwindigkeit.In order to make the fabric as evenly as possible in its entire extent activate, it is beneficial to move it around as many axes as possible during activation to turn. But you want it for certain purposes straight uneven have activated sources, this movement should take place unevenly, in particular by periodically changing the rotational speed.

Da das Eindringen der aktivierenden Strahlung -es handelt sich dabei im wesentlichen um Neutronenstrahlung - in die jeweiligen Stoffe vom sogenannten Wirkungsquerschnitt dieses Stoffes spezifisch abhängig- ist, während die Absorption der vom aktivierten Stoff emittierten neutronenfreien Strahlung im Stoff selbst nur von dem Massen-Absorptions-Koeffizienten abhängig ist, sollte die Stoffdicke, also das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bei der Aktivierung und der Emission verschieden sein. Die Dicke kann bei der Verwendung als Strahlenquelle, namentlich bei harter Strahlung, * daher wesentlich größer sein. Wenn man also bei gegebener kleiner Gesamtmasse des Stoffes. bei der Aktivierung große dünne Flächen verwendet, -wird man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Erzielung einer hohen Emissionsdichte die Dicke des Strahlers durch Verformung vergrößern. Dies geschieht zweckmäßigerweise durch Aufeinanderlagerüng, insbesondere durch Faltung einer aktivierten Folie A großer Oberfläche (s. Fig. 1, links) zu mehrschichtigen Körpern kleinerer Breite (s. Fig. 1, rechts).As the penetration of the activating radiation -it is concerned with it essentially around neutron radiation - in the respective substances of the so-called The cross-section of this substance is specifically dependent on the absorption the neutron-free radiation emitted by the activated substance in the substance itself depends only on the mass absorption coefficient, the fabric thickness should i.e. the ratio of surface area to volume during activation and emission to be different. The thickness can when used as a radiation source, namely with hard radiation, * therefore be much larger. So if you are given small total mass of the substance. uses large thin areas for activation, -will be according to a development of the invention to achieve a high emission density increase the thickness of the radiator by deforming it. This is done expediently by laying one on top of the other, in particular by folding an activated film A large surface (see Fig. 1, left) to multi-layer bodies of smaller width (see Fig. 1, right).

Bei weichen Strahlern wird die optimale Dicke für möglichst geringe Selbstabsorption niedriger liegen. Fügt man mehrere aktivierte Körperelemente B1, B2, B3 usw. hintereinander, bildet also eine schmale, in Bestrahlungsrichtung jedoch langgestreckte Strahleroberfläche nach Art eines sogenannten Strichfokus (s. Fig. 1 und 2, rechts), dann kommt ein Teil der Gesamtaktivität in der Richtung auf das Objekt O als Strahlung hoher Dichte mit kleinem Strahlungsquerschnitt zur Wirkung und wirft einen Schatten auf den Film F, wie in Fig. 5 dargstellt und in Fig. 1 und 2, (rechts) angedeutet. Dieser Querschnitt läßt sich also durch die Anwendung der Erfindung leicht an die Größenordnung des abzubildenden Objektes anpassen.In the case of soft emitters, the optimum thickness is used for the smallest possible Self-absorption are lower. If you add several activated body elements B1, B2, B3 etc. one behind the other, thus forming a narrow one, but in the direction of irradiation elongated radiator surface in the manner of a so-called line focus (see Fig. 1 and 2, right), then part of the total activity comes in the direction of that Object O as radiation of high density with a small radiation cross-section to the effect and casts a shadow on the film F, as shown in FIG. 5 and in FIG. 1 and 2, (right) indicated. This cross section can therefore be determined by the application easily adapt the invention to the size of the object to be imaged.

Wegen ihrer geringen Härte, die einer Röntgenstrahlung von 0,085 MeV entspricht, wäre die Strahlung des Elementes Thulium (170) besonders für die medizinische Diagnostik und die Materialprüfung von Leichtmetall, Kunststoffen und sonstigen Materialien geringen Atomgewichtes hervorragend geeignet.Because of their low hardness, that of an X-ray radiation of 0.085 MeV corresponds, the radiation of the element thulium (170) would be particularly useful for medical purposes Diagnostics and material testing of light metals, plastics and others Materials with a low atomic weight are excellently suited.

Weil aber hochaktive Thuliumquellen von 5 bis 10 Curie gegenwärtig praktisch überhaupt nicht zu wirtschaftlich tragbaren Bedingungen hergestellt werden können, ist gerade für dieses Element das in der Erfindung beschriebene Verfahren von besonderer Bedeutung.But because there are currently highly active sources of thulium of 5 to 10 curies practically cannot be produced at economically viable conditions at all The method described in the invention is precisely for this element really important.

Bisher verhinderte der zu große »Brennfleck« (d. h. der Durchmesser des Präparatzylinders) eine scharfe Abbildung oder die bei kleinem »Brennfleck« noch unzureichende Intensität die Herstellung von Momentaufnahmen. Beides ist nunmehr möglich.So far, the too large »focal point« (i.e. the diameter of the preparation cylinder) a sharp image or the one with a small »focal point« still insufficient intensity the production of snapshots. Both are now possible.

Nach der Erfindung wird Thulium vorzugsweise in Gestalt von pulverförmigem Thuliumoxyd während der Aktivierung auf eine Folie großer Oberfläche durch Bindemittel aufgebracht. Diese Folie kann dann direkt durch Faltung in eine kleine Strahlenquelle hoher Strahlungsdichte umgeformt werden. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, durch Sinterung des aktiven Pulvers die für die Strahlungsquelle geeignete Form herzustellen.According to the invention, thulium is preferably in the form of powdery Thulium oxide during activation on a film of large surface area by binding agent upset. This film can then be folded directly into a small radiation source high radiation density. In some cases it can be useful the form suitable for the radiation source by sintering the active powder to manufacture.

Bei gasförmigen Stoffen kann hohe Intensität auf kleinem Querschnitt durch Kompression erreicht werden. Die so gewonnene Intensitätssteigerung reicht nun auch noch nicht dazu aus, um bewegte Objekte abzubilden. Um jedoch die Abbildung schnell bewegter Teile zu gewährleisten, wird es zweckmäßig sein, die Strahlungsquelle synchron mit dem Objekt zu bewegen. In diesem Falle könnte man gegebenenfalls sogar mit mittleren Strahlungsintensitäten bewegte Objekte abbilden.In the case of gaseous substances, high intensity can be achieved on a small cross-section can be achieved by compression. The increase in intensity obtained in this way is sufficient now not even enough to depict moving objects. However, to the figure To ensure fast moving parts, it will be appropriate to use the radiation source move synchronously with the object. In this case, you could even image moving objects with medium radiation intensities.

Für dieDurchführung des geschildertenVerfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Strahlenquelle aus aufeinandergesetzten dünnen Scheibchen oder Hohlkörpern zu bilden, insbesondere Hohlkugeln, Hohlzylindern, Hohlkegeln od. dgl. (s. Fig. 3 und 4). Hierbei sind diese Körper mit ihren Innenseiten dem bestrahlten Objekt zugekehrt, während die äußeren Flächen und, soweit nötig, ein Teil der von den inneren Flächen ausgehenden Strahlung abgeschirmt werden. Man kann z. B. (s. Fig. 5) einen Bleihohlzylinder C so weit über die ineinandergeschalteten Hohlkörper stülpen, bis der Strahlenkegel genügend verengt ist.It has proven to be advantageous for carrying out the method described proven to be the source of radiation from thin discs or hollow bodies stacked on top of one another to form, in particular hollow spheres, hollow cylinders, hollow cones or the like (see Fig. 3 and 4). Here, these bodies are with their insides to the irradiated object facing, while the outer surfaces and, if necessary, part of that of the inner Radiation emanating from surfaces can be shielded. You can z. B. (see Fig. 5) a Push hollow lead cylinder C over the interconnected hollow bodies until the cone of rays is narrowed sufficiently.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform (vgl. Fig.3) ist die Strahlenquelle mit wenigstens einer, vorzugsweise mit mehreren aufgebrachten Schichten B', B", B' usw. aus angereichertem aktiviertem Material versehen. Die Strahlenquelle kann vorteilhaft derart ausgebildet sein, daß sie wenigstens zwei aufeinandergesetzte Schichten aus aktiviertem Material aufweist, die wahlweise aufeinandersetzbar sind. In Fig.4 sind drei solcher Schichten angedeutet. Hierdurch ist es möglich, sowohl Quellen verschiedener Gesamtintensität als auch durch Verwendung von Teilschichten Quellen mit verschiedenen Intensitäten nach verschiedenen Strahlungsrichtungen herzustellen. In Fig. 4 ist eine Hohlkugel S mit zwei eingesetzten Halbkugelschalen dargestellt, die nach rechts stärker als nach links strahlt.In a preferred embodiment (see FIG. 3), the radiation source is provided with at least one, preferably with several applied layers B ', B ", B' etc. of enriched activated material has two stacked layers of activated material, which can optionally be stacked on top of one another. In Fig. 4 three such layers are indicated. This makes it possible to produce sources of different total intensities as well as sources with different intensities according to different radiation directions by using partial layers. 4 shows a hollow sphere S with two inserted hemispherical shells, which radiates more strongly to the right than to the left.

Es ist unter Umständen günstig, das aktivierte Material, insbesondere das angereicherte Material, auf einen Träger kleiner Oberfläche durch gerichtetes Aufdampfen aufzubringen.It may be beneficial to use the activated material, in particular the enriched material, directed to a support of small surface area To apply vapor deposition.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nützlich sein, zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Bestrahlungsstärke einer nach allen Seiten strahlenden Quelle oder bei Quellen mit kleinem nutzbarem Strahlkegel zwecks Ausnutzung eines größeren Raumwinkels besondere Mittel vorzusehen, die bewirken, daß die Strahlenquelle während ihrer Benutzung hinsichtlich ihrer Lage verändert wird. Insbesondere kommt hierfür eine Schwenkung der strahlenden Oberfläche in Frage.It can be useful for carrying out the method according to the invention be, in order to achieve a uniform irradiance on all sides radiating source or sources with a small usable beam cone for the purpose of utilization a larger solid angle to provide special means that cause the radiation source is changed in terms of their location during their use. In particular, comes a pivoting of the radiating surface can be used for this.

Bei den Figuren handelt es sich um rein schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen, bei denen der besseren Übersichtlichkeit halber alle zum Verständnis der Erfindung nicht unbedingt notwendigen Einzelheiten fortgelassen sind.The figures are purely schematic representations of exemplary embodiments in which, for the sake of clarity, all details not absolutely necessary for understanding the invention are omitted are.

Die Anwendung der Erfindung ermöglicht es, die einander widerstrebenden Forderungen nach möglichst kurzer Aktivierungszeit einerseits und möglichst hoher Gesamtaktivität bei der Verwendung als Strahlenquelle kleinen Querschnittes andererseits zu vereinen.The application of the invention allows the conflicting Demands for the shortest possible activation time on the one hand and as high as possible On the other hand, total activity when used as a radiation source with a small cross-section to unite.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for increasing the effectiveness of radioactive Radiation sources, especially activated gamma emitters for radiography, characterized in that the material to be activated in one for the activation process favorable shape activated and then in its shape in such Way is changed that with practically undiminished total activity this in better used with respect to a preferred direction of radiation and by self-absorption is practically not reduced.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the activated material after activation initially by isotope separation enriched and then made the radiation source from this enriched material will.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that for the uniform activation of substances, the starting substances during the activation rotated or otherwise moved or if uneven activation is desired are moved with periodic changes in speed.

4. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of surface area to volume is substantial is changed, in particular such that the thickness of the activated substance, in the direction of radiation measured when used as a radiation source is much larger than that Thickness of the fabric when activated, measured in the direction of the incident neutrons.

5. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the thickening of the Fabric into multi-layered bodies of smaller width activated by laying one on top of the other Films, in particular by folding an activated film with a large surface will.

6. The method according to claim 1, characterized in that by storage one behind the other several activated elements, d. H. by forming a narrow one in the direction of irradiation however, the elongated radiator surface (so-called line focus) is a part of the Total activity in the direction of irradiation as high-density radiation with small Ouschnitt is brought into effect.

7. The method according to claim 1, characterized through the use of thulium 170, preferably in the form of, thulium oxide, as an activated substance. B.

Method according to claim 7, characterized in that the thulium preparation on activation using a binder a carrier, preferably a film, is applied.

9. The method according to claim 1, characterized in that the radiation source is activated by sintering Material is made.

10. The method according to claim 1, characterized in that that activated gaseous substances to increase their specific activity and to Reduction of their volume in the compressed state used as a radiation source will.

11. According to one of claims 1 to 10 produced radiation source, characterized characterized in that it consists of at least two stacked, z. B. in shape activated layers formed by hollow spheres, hollow cylinders, hollow cones or the like Material consists, which are optionally stacked, so that either sources different total intensity or by using partial layers of sources arise with different intensities on different sides.

12. After Radiation source manufactured according to one of Claims 1 to 10, characterized in that that they consist of at least one, preferably several applied layers enriched activated material.

13. According to one of claims 1 to 10 produced radiation source, characterized in that the activated material, especially in the enriched state, on a carrier with a small surface area by vapor deposition, is preferably applied by directional vapor deposition.

14. According to claim 1 produced radiation source, characterized in that to achieve a uniform Irradiance for a source radiating in all directions or for use a larger solid angle for a source with a smaller one, in only one direction usable beam cone means are provided which cause the source during their use changed in their position or in particular the radiant surface is pivoted. Publications considered: German Patent No. 897,742; U.S. Patent Nos. 2,266,738, 2,302,470, 2,479,882, 2,675,368; magazine "Nucleonics", 11, No. 2, 1953, p.38; Journal »Naturwissenschaften«, 37, p. 508, 1950; W. Hanle, "Artificial Radioactivity", Stuttgart, 1952, p. 155.