Введение

Радионуклиды, испускающие гамма-излучение, широко используются в различных промышленных, научных и медицинских технологиях. В данной статье перечислены некоторые часто используемые гамма-излучающие радионуклиды, представляющие технологический интерес, и их характеристики.

Продукты расщепления

Многие искусственные радионуклиды, имеющие технологическое значение, образуются как продукты деления в ядерных реакторах. Продукт деления – это ядро с массой, приблизительно вдвое меньшей массы ядра урана или плутония, которое остаётся после "расщепления" такого ядра в реакции ядерного деления. Цезий-137 – один из таких радионуклидов. Он имеет период полураспада 30 лет и распадается бета-распадом без испускания гамма-излучения в метастабильное состояние бария-137 (Барий-137). Барий-137m имеет период полураспада 2,6 минуты и отвечает за всё гамма-излучение в этой цепочке распада. Основное состояние бария-137 стабильно. Энергия фотона (энергия отдельного гамма-луча) бария-137 составляет около 662 кэВ. Эти гамма-лучи могут использоваться, например, в лучевой терапии, такой как лечение рака, в облучении пищевых продуктов или в промышленных измерительных приборах и датчиках. Цезий-137 не получил широкого распространения для промышленной радиографии, поскольку другие нуклиды, такие как кобальт-60 или иридий-192, обеспечивают более высокую интенсивность излучения при заданном объёме. Йод-131 – ещё один важный гамма-излучающий радионуклид, образующийся как продукт деления. Благодаря короткому периоду полураспада в 8 дней, этот радиоизотоп не находит практического применения в радиоактивных источниках для промышленной радиографии или дефектоскопии. Однако, поскольку йод является компонентом биологических молекул, таких как гормоны щитовидной железы, йод-131 имеет большое значение в ядерной медицине, а также в медицинских и биологических исследованиях в качестве радиоактивного индикатора. Лантан-140 является продуктом распада бария-140, распространённого продукта деления. Он является мощным гамма-излучателем и широко использовался во время Манхэттенского проекта в экспериментах RaLa.

Продукты активации

Некоторые радионуклиды, такие как кобальт-60 и иридий-192, получают путем нейтронного облучения обычного нерадиоактивного кобальта и иридия в ядерном реакторе, в результате чего образуются радиоактивные нуклиды этих элементов, содержащие избыточные нейтроны по сравнению с исходными стабильными нуклидами. Помимо применения в радиографии, кобальт-60 (Co-60) и иридий-192 (Ir-192) используются в лучевой терапии рака. Кобальт-60 обычно применяется в телетерапевтических аппаратах как альтернатива цезию-137 с более высокой энергией фотонов, а иридий-192 – в другом методе терапии, внутренней лучевой терапии или брахитерапии. Провода из сплава иридия/палладия с палладиевым покрытием, используемые для брахитерапии, активируются нейтронами и становятся радиоактивными. Затем этот провод вводится в опухоль, например, в опухоль молочной железы, и опухоль облучается гамма-фотонами, испускаемыми проводом. По окончании лечения провод извлекается. Редким, но примечательным источником гамма-излучения является натрий-24; он имеет относительно короткий период полураспада – 15 часов, но излучает фотоны с очень высокой энергией (> 2 МэВ). Его можно использовать для радиографии толстых стальных изделий, если радиография проводится непосредственно у места производства. Подобно кобальту-60 и иридию-192, он образуется в результате нейтронной активации широко распространенного стабильного изотопа.

Незначительные актиноиды

Америций-241 использовался в качестве источника низкоэнергетических гамма-фотонов и применялся в некоторых областях, таких как портативное рентгенофлуоресцентное оборудование (XRF) и распространенные бытовые ионизирующие датчики дыма. Америций-241 производится в ядерных реакторах путем многократного захвата нейтронов и последующих бета-распадов, а сам плутоний-239 в основном образуется из захвата нейтронов и последующих бета-распадов урана-238 (99% природного урана и обычно около 97% низкообогащенного урана или топлива MOX).

Радиоизотопы природного происхождения

Много лет назад радий-226 и радон-222 использовались в качестве источников гамма-излучения для промышленной радиографии: например, источник радона-222 применялся для исследования механизмов внутри невзорвавшейся летающей бомбы V-1, а некоторые из первых батисфер можно было осматривать с помощью радия-226 для выявления трещин. Поскольку как радий, так и радон очень радиотоксичны и дороги из-за своей природной редкости, эти природные радиоизотопы вышли из употребления за последние полвека и были заменены искусственно созданными радиоизотопами. Радоновая терапия балансирует на грани между радиоактивным шарлатанством и настоящей лучевой терапией, отчасти из-за недостатка надёжных данных о заявленной пользе для здоровья.

Таблица некоторых полезных гамма-излучающих изотопов

+Полезные гамма-излучающие изотопы
Изотоп | атомная масса | период полураспада | Эмитируемая гамма-энергия (МэВ) | Примечания
------- | -------- | -------- | -------- | --------
Be 7 | 7 | 53 д | 0.48 |
Na 22 | 22 | 2.6 г | 1.28 |
Na 24 | 24 | 15 ч | 1.37 |
Mn 54 | 54 | 312 д | 0.84 |
Co 57 | 57 | 272 д | 0.122 |
Co 60 | 60 | 5.265 г | 1.17 |
Co 60 излучает две различные гаммы высокой энергии (общая энергия составляет 2.5 МэВ) | | | |
Co 60 | 60 | 5.265 г | 1.33 | используется в промышленной радиографии
Ga 66 | 66 | 9.4 ч | 1.04 |
Tc 99m | 99 | 6 ч | 0.14 | используется в различных процедурах ядерной медицины
Pd 103 | 103 | 17 д | 0.021 | используется в брахитерапии
Ag 112 | 112 | 3.13 ч | 0.62 |
Sn 113 | 113 | 115 д | 0.392 |
Te 132 | 132 | 77 ч | 0.23 |
I 125 | 125 | 60 д | 0.035 | используется в брахитерапии
I 131 | 131 | 8 д | 0.36 | используется в брахитерапии
Xe 133 | 133 | 5.24 д | 0.08 |
Cs 134 | 134 | 2.06 г | 0.61 |
Cs 137 | 137 | 30.17 г | 0.662 | иногда все еще используется в радиотерапии и промышленных применениях для измерения плотности, уровня жидкости, влажности и многого другого
Ba 133 | 133 | 10.5 г | 0.356 |
Ce 144 | 144 | 285 д | 0.13 |
Rn 222 | 222 | 3.8 д | 0.51 |
Ra 226 | 226 | 1600 г | 0.19 | использовался для ранней радиотерапии (до Cs 137 и Co 60 примерно в 1950-х годах)
Am 241 | 241 | 432 г | 0.06 | Используется в большинстве дымовых извещателей

Указаны только периоды полураспада от 100 минут до 5000 лет, так как короткие периоды полураспада обычно непрактичны в использовании, а длительные периоды полураспада обычно означают чрезвычайно низкую удельную активность.
д = день, ч = час, г = год.