Селен-75

Селен-75 — это радиоактивный изотоп химического элемента селена с массовым числом 75 и периодом полураспада около 119,8 суток. Относится к группе искусственных радионуклидов, не встречающихся в природе в значимых количествах. Широко применяется в промышленной дефектоскопии, радиационной терапии и научных исследованиях в качестве источника гамма-излучения.

Физические свойства

Селен-75 (⁷⁵Se) представляет собой нестабильный нуклид, ядро которого содержит 34 протона и 41 нейтрон. Основной режим распада — электронный захват (ε-захват), в результате которого ядро превращается в стабильный изотоп мышьяка-75 (⁷⁵As). При этом процессе испускается характеристическое гамма-излучение с энергиями в диапазоне от 66 до 401 кэВ. Наиболее интенсивные линии наблюдаются при энергиях 136,0 кэВ (выход 58,5 %), 264,7 кэВ (58,9 %) и 279,5 кэВ (25,0 %). Средняя энергия гамма-квантов на один распад составляет около 220 кэВ.

Период полураспада изотопа составляет 119,79 ± 0,04 суток (около 4 месяцев). Удельная активность ⁷⁵Se — примерно 1,5 × 10¹⁵ Бк/г. Изотоп обладает высокой проникающей способностью излучения, что делает его пригодным для просвечивания материалов средней и большой толщины.

Получение

Селен-75 получают искусственным путём в ядерных реакторах. Основной способ — облучение стабильного изотопа селена-74 (⁷⁴Se, природное содержание 0,89 %) тепловыми нейтронами в соответствии с реакцией: ⁷⁴Se(n,γ)⁷⁵Se. Для этого мишени из обогащённого селена-74 (в виде металлического селена или диоксида селена) помещают в активную зону реактора на срок от нескольких недель до нескольких месяцев. После облучения мишень выдерживают для снижения активности короткоживущих примесей, затем растворяют и химически очищают целевой изотоп от продуктов активации (например, от мышьяка-75 и других примесей). Готовый продукт выпускается в виде герметичных источников излучения различной конфигурации.

Применение

Промышленная дефектоскопия

Селен-75 является одним из основных изотопов, используемых в гамма-дефектоскопии — неразрушающем контроле качества сварных швов, литых деталей, трубопроводов и других металлических конструкций. Благодаря энергии гамма-излучения, близкой к энергии изотопа иридия-192 (³⁰⁶ кэВ), ⁷⁵Se позволяет просвечивать стальные изделия толщиной от 5 до 50 мм. По сравнению с иридием-192, селен-75 имеет меньшую энергию, что обеспечивает лучший контраст изображения при контроле тонкостенных объектов (до 20 мм). При этом период полураспада ⁷⁵Se (около 4 месяцев) значительно больше, чем у ¹⁹²Ir (73,8 суток), что позволяет реже заменять источники. В России селен-75 применяется в дефектоскопах типа «Гаммарид» и «Стапель».

Медицина

В лучевой терапии селен-75 используется в качестве источника гамма-излучения для брахитерапии — метода лечения злокачественных опухолей, при котором источник излучения вводится непосредственно в опухоль или вблизи неё. Миниатюрные источники на основе ⁷⁵Se (диаметром до 1 мм) помещают в специальные аппликаторы или иглы. Преимущество изотопа — относительно низкая энергия излучения, что позволяет снизить лучевую нагрузку на здоровые ткани вокруг опухоли. Кроме того, ⁷⁵Se применяется в радиоизотопной диагностике для сцинтиграфии поджелудочной железы и паращитовидных желёз (в виде селенометионина-75 — аминокислоты, меченной ⁷⁵Se).

Научные исследования

В радиохимии и ядерной физике селен-75 используется как источник гамма-излучения для калибровки детекторов, изучения процессов фотоядерных реакций и радиационного воздействия на материалы. В биологии и экологии изотоп применяется в качестве радиоактивной метки для изучения метаболизма селена в живых организмах и миграции этого элемента в окружающей среде.

Радиационная безопасность

Селен-75 относится к радионуклидам средней радиотоксичности. При работе с открытыми источниками требуется соблюдение норм радиационной безопасности, установленных в РФ (СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)»). Основную опасность представляет внешнее гамма-облучение. Для защиты от излучения используются свинцовые контейнеры толщиной не менее 5–10 мм (в зависимости от активности источника). При попадании внутрь организма (ингаляционно или через желудочно-кишечный тракт) селен-75 накапливается в печени, почках и селезёнке, выводясь с периодом биологического полувыведения около 50–70 суток. Предельно допустимая концентрация ⁷⁵Se в воздухе рабочих помещений составляет 3,7 × 10⁻² Бк/м³.

Хранение и утилизация

Источники на основе селена-75 хранятся в специальных защитных контейнерах (свинцовых или вольфрамовых) в помещениях, оборудованных системами радиационного контроля. Срок службы источника в дефектоскопии составляет около 2–3 периодов полураспада (до 1 года), после чего активность снижается до уровня, непригодного для практического использования. Отработанные источники подлежат захоронению как радиоактивные отходы средней активности. В РФ утилизация осуществляется специализированными предприятиями, имеющими лицензию на обращение с радиоактивными материалами.

Источники

• Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): СанПиН 2.6.1.2523-09. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.
• Мурин А. Н., Гусев Н. Г. Введение в радиохимию. — М.: Атомиздат, 1975.
• Справочник по ядерной физике / Под ред. Г. А. Бендрикова. — М.: Энергоатомиздат, 1984.
• Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И. К. Кикоина. — М.: Атомиздат, 1976.
• Радиационная безопасность при работе с закрытыми радионуклидными источниками: Методические указания МУ 2.6.1.1981-05. — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2005.