Иридий-192

Иридий-192 — радиоактивный изотоп химического элемента иридия с атомным номером 77 и массовым числом 192. Относится к группе искусственных изотопов, не встречающихся в природе в значимых количествах, и получается путём нейтронного облучения стабильного изотопа иридия-191 в ядерных реакторах. Иридий-192 является одним из наиболее распространённых источников гамма-излучения в промышленной дефектоскопии и брахитерапии, благодаря своим ядерно-физическим свойствам, удобству получения и относительно невысокой стоимости.

Физические и ядерно-физические свойства

Иридий-192 — нестабильный изотоп с периодом полураспада 73,827 суток (около 2,4 месяца). Распад происходит преимущественно путём бета-минус-распада (95,13 %) с испусканием электрона и антинейтрино, а также частично путём электронного захвата (4,87 %). В результате распада образуется стабильный изотоп осмий-192 или платина-192, причём процесс сопровождается испусканием сложного спектра гамма-квантов с энергиями в диапазоне от 0,136 до 1,062 МэВ. Наиболее интенсивные линии гамма-излучения находятся при энергиях 0,316, 0,468 и 0,308 МэВ.

Активность изотопа высока: удельная активность чистого иридия-192 составляет около 3,4×10¹⁴ Бк/г. Излучение обладает высокой проникающей способностью, что делает его пригодным для просвечивания металлических конструкций толщиной до 50–80 мм стали. В воздухе гамма-излучение ослабляется в 2 раза примерно через 50–60 метров, а в свинце — через 2–3 мм.

Иридий-192 является гамма-излучателем с относительно коротким периодом полураспада, что требует регулярной замены источников в промышленных и медицинских установках (обычно каждые 2–3 месяца). В то же время это свойство упрощает утилизацию отработанных источников, так как через 2–3 года активность снижается до пренебрежимо малых значений.

Получение

Иридий-192 получают искусственно в ядерных реакторах путём облучения нейтронами мишеней из природного иридия, который состоит из двух стабильных изотопов: иридия-191 (37,3 %) и иридия-193 (62,7 %). При захвате теплового нейтрона ядром иридия-191 образуется иридий-192. Реакция имеет высокое сечение захвата (около 300 барн), что позволяет получать изотоп с высокой удельной активностью за относительно короткое время облучения (от нескольких недель до нескольких месяцев).

После облучения мишень подвергается химической очистке и механической обработке для получения готовых источников различной формы и активности. В зависимости от назначения, иридий-192 может быть заключён в герметичные капсулы из нержавеющей стали или титана, либо нанесён на проволочные или ленточные носители для медицинских аппликаторов.

Применение

Промышленная дефектоскопия

Основная область применения иридия-192 — неразрушающий контроль (гамма-дефектоскопия) сварных швов, литых деталей, трубопроводов и других металлических конструкций. Источник иридия-192 помещается в защитный контейнер (радиографический аппарат) и с помощью дистанционного управления подаётся к объекту контроля. Гамма-излучение, проходя через материал, регистрируется на рентгеновской плёнке или цифровом детекторе, позволяя выявить внутренние дефекты: трещины, поры, непровары, шлаковые включения.

Преимущество иридия-192 перед рентгеновскими аппаратами — компактность и автономность: источник не требует электропитания, а его гамма-излучение имеет фиксированную энергию. Недостаток — необходимость строгого соблюдения радиационной безопасности и регулярной замены источника из-за распада. В России и других странах СНГ гамма-дефектоскопы с иридием-192 широко используются на предприятиях нефтегазового комплекса, энергетики, судостроения и строительства.

Медицина (брахитерапия)

В онкологии иридий-192 применяется для брахитерапии — метода лучевой терапии, при котором источник излучения вводится непосредственно в опухоль или в непосредственной близости от неё. Используются микроисточники в виде тонких проволок или гранул, помещённых в катетеры или аппликаторы. Иридий-192 позволяет подводить высокие дозы облучения к раковым клеткам при минимальном воздействии на здоровые ткани.

Наиболее часто иридий-192 применяется при лечении рака шейки матки, рака предстательной железы, рака молочной железы, рака кожи и опухолей головы и шеи. Процедура проводится с использованием автоматизированных систем (например, аппараты MicroSelectron), которые дистанционно вводят и выводят источник в заданные позиции. Период полураспада иридия-192 позволяет использовать один источник для нескольких сеансов в течение 2–3 недель.

Научные исследования

В лабораторных условиях иридий-192 используется как источник гамма-излучения для калибровки детекторов, изучения радиационной стойкости материалов, а также в радиационной химии для инициирования реакций. Благодаря хорошо изученному спектру излучения, он служит стандартным источником для гамма-спектрометрии.

Радиационная опасность и безопасность

Иридий-192 представляет значительную радиационную опасность. Мощность экспозиционной дозы на расстоянии 1 метра от источника активностью 1 ТБк (терабеккерель) составляет около 0,5 мЗв/ч, что требует использования защитных контейнеров из свинца или вольфрама толщиной не менее 5–10 см. При работе с открытыми источниками (например, в медицине) персонал использует дистанционные манипуляторы и защитные экраны.

Основные риски связаны с возможностью утечки или потери источника. В истории известны случаи аварий с иридием-192, в том числе:

• В 1987 году в Гоянии (Бразилия) произошла крупная радиационная авария, когда источник цезия-137 (не иридия) был извлечён из заброшенного аппарата, но аналогичные инциденты с иридием-192 также имели место, например, в 2000 году в Таиланде (потеря источника при транспортировке).
• В 2013 году в Мексике был похищен грузовик с источником иридия-192, что привело к радиационному загрязнению территории.

В Российской Федерации обращение с иридием-192 регулируется Федеральным законом «Об использовании атомной энергии» и нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Все источники подлежат государственному учёту и контролю, а их использование требует лицензии Ростехнадзора. Утилизация отработанных источников производится через специализированные предприятия, такие как ФГУП «Радон» или ПО «Маяк».

Хранение и утилизация

Отработанные источники иридия-192 выдерживают в специальных хранилищах до снижения активности до безопасного уровня (обычно 2–3 года). После этого металл может быть переплавлен или захоронен как низкоактивные отходы. В ряде стран практикуется рециклинг: извлечённый иридий (в том числе стабильные изотопы) может быть повторно облучён для получения нового источника.

Источники

• Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Санитарные правила и нормативы. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.
• Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2.
• Промышленная радиография: Учебное пособие / Под ред. В. И. Горбачёва. — М.: Машиностроение, 2005.
• IAEA Safety Standards Series No. SSG-15: Storage of Radioactive Waste. — Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012.
• Медицинская физика: Учебник / Под ред. В. А. Костылева. — М.: Физматлит, 2010.