Радиоактивный распад

Профессиональное облучение

Воздействие ионизирующего излучения на человека в рабочей среде является одним из наиболее распространенных способов облучения. Работники, занятые в ядерной промышленности, медицине, научных и исследовательских лабораториях, а также в других отраслях, где используется радиационное оборудование, подвергаются риску радиационного излучения.

Таблица: Примеры профессий с риском облучения

Медицинское облучение

В медицинских учреждениях ионизирующее излучение используется для диагностики и лечения различных заболеваний. Рентгеновские лучи, компьютерные томографы, лучевая терапия – все это способы применения радиации в медицине.

Список: Факторы, влияющие на дозу радиации при медицинском облучении

1. Вид обследования или лечения
2. Возраст пациента
3. Потребность в повторных процедурах
4. Использование защитного оборудования

Заключение

Ионизирующее излучение – неотъемлемая часть нашей жизни, как естественное, так и искусственное. Понимание его воздействия на человека и способы защиты от него является важным аспектом здоровья и безопасности. Соблюдение мер предосторожности и контроль радиационной нагрузки помогут минимизировать риски облучения и сохранить здоровье наших будущих поколений.

Воздействие ионизирующего излучения

Внутреннее воздействие ионизирующего излучения имеет место при вдыхании радионуклидов, их поступлении в пищеварительный тракт или проникновении в кровоток (например, в результате инъекции, ранения).

Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма самопроизвольно (с экскрементами) или в результате лечения.

Внешнее радиоактивное заражение возникает при оседании радиоактивных веществ из воздуха (пыль, жидкость, аэрозоли) на кожу или одежду.

Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела мытьем. Подвергнуться ионизирующему излучению можно также из внешнего источника, например при применении рентгеновского оборудования в медицинских целях.

Внешнее облучение прекращается, когда его источник экранируется или человек покидает облучаемое поле.

Ситуации воздействия ионизирующего излучения

Для целей защиты от радиации можно выделить три ситуации воздействия ионизирующего излучения:

• Планируемое облучение
• Существующая подверженность
• Аварийное облучение

Планируемое облучение имеет место в ситуациях намеренного внедрения и использования источников излучения с определенными целями. Существующая подверженность имеет место тогда, когда излучение уже присутствует и от него необходимо вырабатывать меры защиты.

Ситуации аварийного облучения являются результатом непредвиденных происшествий, требующих срочного принятия ответных мер.

Использование излучения в медицине

На использование излучения в медицине приходится 98% всей дозы облучения населения; оно составляет 20% от общего воздействия на население.

Ежегодно в мире проводится более 4200 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 40 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 8,5 миллиона процедур лучевой терапии.

Последствия ионизирующего излучения для здоровья

Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, выражаемой в грэях (Гр). Потенциальный ущерб от поглощенной дозы зависит от вида излучения и чувствительности различных тканей и органов.

Способность ионизирующего излучения причинить вред оценивается при помощи эффективной дозы. Единицей эффективной дозы является зиверт (Зв), учитывающая вид излучения и чувствительность тканей и органов.

Кроме количества радиации (дозы), важным параметром является скорость поступления (мощность) дозы, выражаемая в микрозивертах в час (мкЗв/ч) или миллизивертах в год (мЗв/год).

Последствия облучения

Облучение, превышающее определенные пороговые значения, может нарушить функционирование тканей и/или органов и вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более выраженными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы.

Если доза облучения является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Однако не исчезает риск возникновения долгосрочных последствий излучения, таких как катаракта или рак, которые могут проявиться спустя годы или даже десятилетия.

Риск развития рака

Эпидемиологические исследования демонстрируют значительное увеличение риска развития рака при дозах облучения выше 100 мЗв. Даже более низкие дозы (в диапазоне 50–100 мЗв) могут повышать риск развития онкологических заболеваний, особенно при облучении в детском возрасте.

Воздействие на плод

Ионизирующее излучение на плод в утробе матери может вызвать повреждение головного мозга плода при сильных дозах. Однако облучение до 8 недель или после 25 недель беременности не создает риска для развития головного мозга плода. Эпидемиологические исследования также указывают на аналогичный риск развития рака после облучения плода в утробе матери и в раннем детском возрасте.

Деятельность ВОЗ

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) направляет свою деятельность на повышение эффективности радиационной защиты пациентов, работников и населения. Организация предоставляет научно обоснованные руководства, методики и рекомендации по защите здоровья населения от воздействия ионизирующего излучения.

Уделяя основное внимание медико-санитарным аспектам радиационной защиты, ВОЗ разрабатывает мероприятия по оценке радиационных рисков, их ограничению и распространению информации о них.

Радиоактивный распад и его виды

В соответствии с одной из основных функций Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) – установление норм и стандартов, содействие их соблюдению и мониторинг их осуществления, ВОЗ активно участвует в разработке, продвижении и утверждении международных основных норм безопасности (ОНБ). В настоящее время организация содействует внедрению этих норм на территории своих государств-членов.

Естественная и искусственная радиоактивность

Естественная радиоактивность – это самопроизвольный распад атомных ядер, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность – это самопроизвольный распад атомных ядер, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Виды радиоактивных распадов

Ядра, испытывающие радиоактивный распад, и ядра, возникающие в результате этого распада, называются соответственно материнскими и дочерними ядрами. Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, называется альфа-распадом. Распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, называется бета-распадом (иногда бывают виды без испускания бета-частиц, однако всегда сопровождаются испусканием нейтрино или антинейтрино). Термин гамма-распад применяется редко, а испускание гамма-квантов обычно называется изомерным переходом.

Энергетические спектры альфа-частиц и гамма-квантов дискретные, а спектр бета-частиц – непрерывный. Помимо альфа-, бета- и гамма-распадов существуют и другие виды радиоактивных распадов, такие как распады с испусканием нейтрона, протона (или двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление, электронный захват, позитронный распад (β+-распад), а также двойной бета-распад.

Цепочки радиоактивного распада

Иногда дочернее ядро, образовавшееся в результате радиоактивного распада материнского ядра, также оказывается радиоактивным и через некоторое время само распадается. Процесс радиоактивного распада будет продолжаться до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. Последовательность таких радиоактивных распадов называется цепочкой распадов, а последовательность нуклидов, образующихся при этом, – радиоактивным рядом. Например, для радиоактивных рядов, начинающихся с урана-238, урана-235 и тория-232, конечными (стабильными) нуклидами являются соответственно свинец-206, свинец-207 и свинец-208.

Ядра с одинаковым массовым числом (изобары) могут переходить друг в друга посредством бета-распада. В каждой изобарной цепочке содержится от 1 до 3 бета-стабильных нуклидов (они не могут испытывать бета-распад, однако не обязательно стабильны по отношению к другим видам радиоактивного распада). Остальные ядра изобарной цепочки бета-нестабильны; путём последовательных бета-минус- или бета-плюс-распадов они превращаются в ближайший бета-стабильный нуклид. Ядра, находящиеся в изобарной цепочке между двумя бета-стабильными нуклидами, могут испытывать и β−-, и β+-распад (или электронный захват). Например, существующий в природе радионуклид калий-40 способен распадаться в соседние бета-стабильные ядра аргон-40 и кальций-40:

Радиоактивность природных элементов

Экспериментально установлено, что радиоактивны, то есть не имеют стабильных изотопов, все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута).

Все более лёгкие элементы, помимо стабильных изотопов, имеют радиоактивные изотопы с разными периодами полураспада, варьирующимися от долей наносекунды до значений, на много порядков превышающих возраст Вселенной. Например, теллур-128 имеет самый долгий измеренный период полураспада из всех изученных радионуклидов, ~2,2·1024 лет.

Исключение по нестабильности из элементов легче висмута составляют прометий и технеций, не имеющие долгоживущих относительно длительности геологических эпох изотопов. Наиболее долгоживущий изотоп технеция — технеций-98 — имеет период полураспада около 4,2 млн лет, а самый долгоживущий изотоп прометия — прометий-145 — 17,5 лет. Поэтому изотопы технеция и прометия со времени формирования Земли не сохранились в земной коре и получены искусственно.

Существует много природных радиоактивных изотопов, период полураспада которых соизмерим с возрастом Земли или многократно превышает его, поэтому, несмотря на их радиоактивность, эти изотопы содержатся в природной изотопной смеси соответствующих элементов. Примерами могут служить калий-40, рений-187, рубидий-87, теллур-128 и многие другие.

Измерение отношения концентраций некоторых из долгоживущих изотопов и продуктов их распада позволяет проводить абсолютную датировку минералов, горных пород и метеоритов в геологии.

Радиоактивность была открыта в 1896 году французским физиком А. Беккерелем. Он занимался исследованием связи люминесценции и недавно открытых рентгеновских лучей.

Беккерелю пришла в голову мысль: «Не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами?» Для проверки своей догадки он взял несколько соединений, в том числе одну из солей урана, фосфоресцирующую жёлто-зелёным светом. Осветив её солнечным светом, он завернул соль в чёрную бумагу и положил в тёмном шкафу на фотопластинку, тоже завёрнутую в чёрную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через чёрную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку. Беккерель повторил опыт несколько раз и с одинаковым успехом.

Впоследствии Беккерель испытал и другие соединения и минералы урана (в том числе не проявляющие фосфоресценции), а также металлический уран. Пластинка неизменно засвечивалась. Поместив между солью и пластинкой металлический крестик, Беккерель получил слабые контуры крестика на пластинке. Тогда стало ясно, что открыты новые лучи, проходящие сквозь непрозрачные предметы, но не являющиеся рентгеновскими.

Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Таким образом, это свойство было присуще не соединениям, а химическому элементу — урану.

Своим открытием Беккерель делится с учёными, с которыми он сотрудничал. В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.

Они выяснили, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана и в наибольшей степени сам уран. Беккерель же вернулся к интересующим его люминофорам. Правда, он сделал ещё одно крупное открытие, относящееся к радиоактивности. Однажды для публичной лекции Беккерелю понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри и положил пробирку в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул радиоактивный препарат владельцам, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки. Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот поставил на себе опыт: в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже появилось покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности.

Но и после этого супруги Кюри мужественно делали своё дело. Достаточно сказать, что Мария Кюри умерла от осложнений, связанных в том числе с длительной работой с радием, в 1934 г.

В 1955 г. были обследованы записные книжки Марии Кюри. Они до сих пор излучают из-за радиоактивного загрязнения, внесённого при их заполнении. На одном из листков сохранился радиоактивный отпечаток пальца Пьера Кюри.

Закон радиоактивного распада

Моделирование распада многих идентичных атомов. Начиная с 4 атомов (слева) и 400 (справа). Сверху показано число периодов полураспада.

Закон радиоактивного распада — закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Современная формулировка закона:

что означает, что число распадов за интервал времени в произвольном веществе пропорционально числу имеющихся в образце радиоактивных атомов данного типа.

Решение этого дифференциального уравнения с начальным условием при

где — среднее время жизни радиоактивного атома.

В этом математическом выражении — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеет размерность с−1. Знак минус указывает на убывание числа радиоактивных ядер со временем. Закон выражает независимость распада радиоактивных ядер друг от друга и от времени: вероятность распада данного ядра в каждую следующую единицу времени не зависит от времени, прошедшего с начала эксперимента, и от количества ядер, оставшихся в образце.

Экспоненциальная кривая радиоактивного распада: по оси абсцисс («оси x») — нормированное время по оси ординат («оси y») — доля ещё нераспавшихся ядер или скорость распада в единицу времени

Константа распада радиоактивного ядра в большинстве случаев практически не зависит от окружающих условий (температуры, давления, химического состава вещества и т. п.). Например, твёрдый тритий T2 при температуре в несколько кельвинов распадается с той же скоростью, что и газообразный тритий при комнатной температуре или при температуре в тысячи кельвинов; тритий в составе молекулы T2 распадается с той же скоростью, что и в составе, например, аминокислоты валина с замещёнными атомами водорода атомами трития.

Слабые изменения константы распада в лабораторных условиях обнаружены лишь для электронного захвата — доступные в лаборатории температуры и давления, а также изменение химического состава способны несколько изменять плотность электронного облака в окружении ядра, что приводит к изменению скорости распада на доли процента. Однако в достаточно жёстких условиях (высокая ионизация атома, высокая плотность электронов, высокий химический потенциал нейтрино, сильные магнитные поля), труднодостижимых в лаборатории, но реализующихся, например, в ядрах звёзд, другие типы распадов тоже могут изменять свою вероятность.

Постоянство константы радиоактивного распада позволяет измерять возраст различных природных и искусственных объектов по результатам измерения концентрации входящих в их состав радиоактивных ядер и концентрации накопленных продуктов распада. Разработан ряд методов радиоизотопного датирования, позволяющих измерять возраст объектов в диапазоне от единиц до миллиардов лет; среди них наиболее известны радиоуглеродный метод, уран-свинцовый метод, уран-гелиевый метод, калий-аргоновый метод и др.

Виды частиц, испускаемых при радиоактивном распаде

Э. Резерфорд экспериментально установил (1899), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

Хотя в ходе исследований были обнаружены и другие типы частиц, испускающихся при радиоактивном распаде, перечисленные названия сохранились до сих пор, поскольку соответствующие типы распадов наиболее распространены.

При взаимодействии распадающегося ядра с электронной оболочкой возможно испускание частиц (рентгеновских фотонов, Оже-электронов, конверсионных электронов) из электронной оболочки. Первые два типа излучений возникают при появлении в электронной оболочке вакансии (в частности, при электронном захвате и при изомерном переходе с излучением конверсионного электрона) и последующем каскадном заполнении этой вакансии. Конверсионный электрон испускается в процессе изомерного перехода с внутренней конверсией, когда энергия, выделяющаяся при переходе между уровнями ядра, не уносится гамма-квантом, а передаётся одному из электронов оболочки.

При спонтанном делении ядро распадается на два (реже три) относительно лёгких ядра — так называемые осколки деления — и несколько нейтронов. При кластерном распаде (являющемся промежуточным процессом между делением и альфа-распадом) тяжёлым материнским ядром испускается относительно лёгкое ядро (14C, 16O и т. п.).

При протонном (двухпротонном) и нейтронном распаде ядро испускает соответственно протоны и нейтроны.

Во всех типах бета-распада (кроме предсказанного, но пока не открытого безнейтринного) ядром испускается нейтрино или антинейтрино.

Типы радиоактивного распада

Все типы распада можно разделить на три группы:

Название распада Описание Дочернее ядро Эмиссия

Альфа распад α От ядра отделяется α-частица – ядро атома гелия-4. (A-4, Z-2) ⁴He

Протонная эмиссия p Отделяется 1-2 нуклона. Характерен для лёгких ядер с большим излишком протонов или нейтронов. (A-1, Z-1) p

Двойной протонный распад 2p (A-2, Z-2) 2p

Нейтронная эмиссия n (A-1, Z) n

Двойной нейтронный распад 2n (A-4, Z) 2n

Кластерный распад KL Отделяется кластер – ядро тяжелее ⁴He, но намного легче дочернего ядра. (A-Aₓ, Z-Zₓ) (Aₓ, Zₓ)

Спонтанное деление SF Ядро делятся примерно пополам. Характерно для тяжёлых ядер (трансурановых) 2(~A/2, ~Z/2) 2-5n

Бета минус распад β⁻ Нейтрон распадается за счёт слабого взаимодействия с испусканием электрона: (A, Z+1) e⁻;ν

Бета плюс распад (позитронная эмиссия) β⁺ Обратный процесс. Протон распадается на Нейтрон: (A, Z-1) e⁺;ν

Электронный захват ε Происходит захват электрона из электронной оболочки атома: (A, Z-1) ν

Бета-минус-распад с переходом в электронную оболочку Иногда электрону не хватает энергии выйти из атома, и он переходит в электронную оболочку атома.

Двойной бета минус распад 2β⁻ Происходит два распада нейтрона одновременно. (A, Z+2) 2e⁻;2ν

Двойной бета плюс распад 2β⁺ Происходит два распада протона одновременно. Каждый распад может быть либо позитронной эмиссией, либо электронным захватом. (A, Z-2) 2e⁺;2ν

Двойной электронный захват 2ε (A, Z-2) 2ν

Электронный захват с эмиссией позитрона εβ⁺ (A, Z-2) e⁺;2ν

Безнейтринный двойной бета-распад 0ν2β Предполагаемый распад, в ходе которого две частицы нейтрино реагируют с самоуничтожением. (A, Z+2) 2e⁻

Гамма-распад γ Ядро переходит из возбуждённого состояния в основное. (A, Z) γ

Внутренняя конверсия IC Испущенный γ-квант поглощается электроном из эл. оболочки атома. Он либо переходит на новый уровень, либо становится свободным (конверсионный электрон) (A, Z) e⁻

Альфа-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).

Альфа-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А ≥ 140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его (см. Туннельный эффект) и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера очень быстро (экспоненциально) уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

Пример (альфа-распад урана-238 в торий-234):

В результате α-распада атом смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева (то есть заряд ядра уменьшается на 2), массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. Бета-распад — это проявление слабого взаимодействия.

Бета-распад (точнее, бета-минус-распад, β−-распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и электронного антинейтрино.

Фейнмановская диаграмма бета-минус-распада: d-кварк в одном из нейтронов ядра превращается в u-кварк, испуская виртуальный W-бозон, который распадается в электрон и электронное антинейтрино.

Бета-распад является внутринуклонным процессом. Бета-минус-распад происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Свободные нейтроны также испытывают β−-распад, превращаясь в протон, электрон и антинейтрино (см. Бета-распад нейтрона).

Правило смещения Содди для β−-распада:

Пример (бета-распад трития в гелий-3):

После β−-распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Позитронный распад и электронный захват

Фейнмановская диаграмма позитронного распада: u-кварк в одном из протонов ядра превращается в d-кварк, испуская виртуальный W-бозон, который распадается в позитрон и электронное нейтрино.

Фейнмановская диаграмма электронного захвата: u-кварк в одном из протонов ядра превращается в d-кварк, испуская виртуальный W-бозон, который взаимодействует с электроном оболочки, превращая его в электронное нейтрино.

Правило смещения Содди для β+-распада и электронного захвата:

Пример (ε-захват бериллия-7 в литий-7):

После позитронного распада и ε-захвата элемент смещается на 1 клетку к началу таблицы Менделеева (заряд ядра уменьшается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Наиболее редким из всех известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для одиннадцати нуклидов, и период полураспада для любого из них превышает . Двойной бета-распад, в зависимости от нуклида, может происходить:

Предсказан, но ещё не открыт безнейтринный двойной бета-распад.

Общие свойства бета-распада

Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра, поскольку при любом бета-распаде общее количество нуклонов в ядре не изменяется, лишь один или два нейтрона превращаются в протоны (или наоборот).

Гамма-распад (изомерный переход)

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбуждённых состояний с большей энергией (исключением являются ядра 1H, 2H, 3H и 3He). Возбуждённые состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбуждённых состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьё время жизни измеряется микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Специальные виды радиоактивности

Радиоактивность окружает нас повсюду. Даже элементы, из которых состоят тела людей, содержат радиоактивные изотопы калия, цезия и радия.

Рентгеновские томографы (TESCAN)

Несмотря на постоянно расширяющийся набор дополнительных возможностей для систем микро-КТ, ключевым их применением остается создание 3D-наборов данных о структуре или составе образца. Независимо от того, используются ли эти наборы данных для количественной оценки характеристик материала, таких как пористость или в качестве исходных данных для численных моделей или для лучшего понимания внутренней структуры образца, качество изображения рентгеновских томографов фирмы остается первостепенным для получения надежных и воспроизводимых результатов. Высокая контрастность и превосходное соотношение сигнал/шум в сочетании с высоким разрешением решают многие потребности в микро-компьютерной томографии. Время сбора данных часто составляет всего несколько секунд или минут, что позволяет быстро проверять большое количество образцов, обеспечивая отправку только правильных образцов для дальнейшего исследования. Главные достоинства 3 моделей микро-КТ, представленных на рынок – разрешение, скорость, качество изображения и универсальность системы, при этом все модели легко модернизируются и оптимизируются под задачи заказчика:

TESCAN CoreTOM ключевые особенности модели – сканирование от полноразмерных кернов (опциональное расширение до 1.5 м) до микрокернов (пространственное разрешение 3 мкм). Интуитивное управление данными при изучении строения порового пространства путём выбора и масштабирования областей на обзорном изображении в реальном времени. Обеспечение высокой пропускной способности, за счет сокращение времени сканирования без ухудшения качества изображения благодаря высокомощному рентгеновскому источнику, комбинированному с несколькими опциями для оптимизации отношения сигнал/шум. Динамическое изображение in-situ. Интеграция сторонних устройств для наблюдения событий в потоке, расширяет возможности КТ и увеличивает производительность.

TESCAN DynaTOM основные преимущества – первая специализированная система рентгеновской микротомографии для быстрой визуализации, где рентгеновский источник и детектор вращаются вокруг неподвижного образца (в традиционных вращается, наоборот, образец). Источник рентгеновского излучения и детектор могут постоянно вращаться с временным разрешением менее 10 секунд на каждые 360° позволяя обеспечить непрерывный сбор данных для мониторинга динамических процессов с пространственным разрешением до 2 мкм. Визуализация и исследования in situ. Программная поддержка модели поставляется с набором специальных программных модулей для 4D-реконструкции, автоматического обнаружения событий и динамической визуализации, для интеграции оборудования испытаний in situ.

TESCAN UniTOM реализуется в двух модификациях XL и HR (вошла в шорт-лист конкурса R & D 100 Awards 2022), которые охватывают широкий диапазон размеров (до 100 на 60 см) и типов образцов и обеспечивают высокопроизводительную неразрушающую 3D-визуализацию для исследования материалов, анализа отказов и обеспечения качества. Это рентгеновские томографы высокого разрешения (вплоть до субмикронного), гибко настраиваемые для максимизации качества изображений/разрешения/пропускной способности. В сочетании с возможностями объемного сканирования приборы реализуют многомасштабное решение для компьютерной томографии. Интуитивное управление данными, например, изучение строения порового пространства путём выбора и масштабирования областей на обзорном изображении в реальном времени. Модульная концепция архитектуры модели позволяет легко выполнять интеграцию дополнительных устройств – дополнительные рентгеновские источники, детекторы и меняя их компоненты, что продлевает время жизни рентгеновского томографа.

Рентгеновские компьютерные томографы (Rigaku)

Для рентгеновских КТ (компьютерной томографии) сканеров или рентгеновских микроскопов наилучшее сочетание источника рентгеновского излучения, геометрии и детектора различаются в зависимости от желаемого разрешения, размера образца и скорости измерения. предлагает три типа рентгеновских компьютерных томографов, каждый из них оптимизирован для разрешения, универсальности или скорости. Сканеры Rigaku CT (компьютерная томография) работают с различными пакетами программного обеспечения для визуализации и анализа, включая Dragonfly, VG STUDIO, digiM I2S и AVIZO.

Rigaku nano3DX – это компьютерный томограф с настоящим субмикронным разрешением. Параллельная геометрия луча в сочетании со сверхярким источником рентгеновского излучения с вращающимся анодом мощностью 1200 Вт повышает контрастность материалов с низкой плотностью, которые обычно трудно получить с помощью источников рентгеновского излучения высокой энергии. Рентгеновский анод из Cr (5,4 кэВ), Cu (8 кэВ) или Mo (17 кэВ) генерируют низкоэнергетическое и псевдо-монохроматическое излучение для максимального увеличения контрастности рентгеновского КТ-изображения. Материал анода выбирается в зависимости от материала и размера образца, а благодаря наличию объектива с максимальным увеличением, nano3DX может достигать воксельного разрешения 325 нм и истинного субмикронного (700 нм) пространственного разрешения.

Rigaku CT Lab HX – это настольный микро-КТ-сканер. Регулируемые SOD (расстояние от образца до объекта) и SDD (расстояние от источника до детектора) делают этот настольный микро-КТ-сканер гибким. Он обеспечивает воксельное разрешение от 2,1 мкм в режиме высокого разрешения до 200 мм FOV (поле зрения) в режиме большого поля зрения. Прибор оснащен источником рентгеновского излучения высокой мощности 130 кВ – 39 Вт. Поле обзора, разрешение, настройки источника рентгеновского излучения и рентгеновские фильтры регулируются для оптимизации энергии рентгеновского излучения для различных материалов и размеров образца.

Rigaku CT Lab GX – это микро-КТ-сканер. Образец остается неподвижным, как на медицинском КТ-сканере, что упрощает установку образцов сложной формы или подключенных к устройствам на месте. Сочетание источника рентгеновского излучения высокой мощности (90 кВ – 8 Вт или 130 кВ – 39 Вт) и компактной геометрии портала обеспечивает сверхбыстрое сканирование. Компьютерная томография может быть выполнена за 3,9 секунды на максимальной скорости. Высокоскоростная функция открывает возможность проведения компьютерной томографии с временным разрешением (4D) и контроль качества компьютерной томографии.

Приборы малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (Rigaku)

Малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS) – метод, используемый для изучения наноразмерных структур атомов или молекул, а также их неоднородности путем измерения диффузного рассеяния в областях с неравной электронной плотностью. Эксперименты SAXS проводятся в самых разных областях – от исследований и разработок до контроля качества. Приборы данного типа представлены 3 моделями.

NANOPIX SAXS/WAXS – новый прибор для рассеивания рентгеновских лучей, предназначенный для анализа наноструктур, который может использоваться как для измерений рассеяния на малых углах (SAXS), так и для измерений широкоугольного рассеяния (WAXS), что позволяет оценивать многомасштабные структуры от субнанометрового до наноразмерного порядка (от 0,1 нм до 100 нм) и обеспечивает высочайший уровень разрешения под малым углом (Qmin до 0,02 нм-1).

NANOPIX mini – первая в мире настольная система малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS), разработанная для автоматического анализа распределения наночастиц по размерам как для контроля качества (QC), так и для исследований и разработок (R&D). Размер наночастиц, распределение по размерам и форма частиц являются ключевыми элементами информации, полученной от SAXS. Образцы могут варьироваться от растворов, суспензий до твердых пластмасс, каучуков или полимеров.

NanoMAX – модернизированная 2D-система Kratky, в компактном исполнении и превосходном потоке для образцов по сравнению со стандартными системами с точечными отверстиями. Система NanoMAX может быть установлена на различных источниках рентгеновского излучения, включая открытый порт вращающегося анода, и имеет то преимущество, что к образцу подается больший поток при гораздо меньшей длине камеры по сравнению с системами SAXS с точечными отверстиями. Самое главное, что NanoMAX включает в себя функции и аппаратные средства для поддержки сбора данных SAXS как для изотропных, так и для анизотропных рассеивателей с очень широким диапазоном добротности 0,0043 Å⁻1 < q < 3,5 Å⁻1.

Система измерения остаточных напряжений AutoMATE II (Rigaku)

Лабораторная установка для микро-дифракционного анализа AutoMATE II позволяет проводить анализ остаточных напряжений методами постоянного (iso-inclination) или бокового (side-inclination) наклона. Точное обнаружение остаточных напряжений является важным элементом процесса управления качеством и помогает прогнозировать срок службы продукции. В установке для микро-дифракционного анализа AutoMATE II реализовано все лучшее из обоих подходов. Большие и тяжёлые детали до 30 кг могут быть измерены с большой точностью, за счёт того, что рентгеновский источник и детектор измерения монтируются с высокой точностью по двум осям гониометра, что позволяет проводить автоматизированные измерения и поиск с точностью до 0,1 мкм при объёмном (XYZ) исследовании.

Отличительные особенности – детектор рентгеновского излучения Ultra1000 с широким динамическим диапазоном с высокой чувствительностью и хорошим энергетическим разрешением; высокая точность за счёт гониометра при измерении остаточных напряжений; две оси гониометра, что позволяет использовать методы постоянного или бокового наклона, автоматически без переналадки образца позиции; измерение положение регулируется ПЗС-камерой, оснащённой микроскопом и имеет зум.

Портативный анализатор напряжения SmartSite RS (Rigaku)

Самый маленький в мире портативный анализатор напряжений, специально разработанный для анализа в полевых условиях. Он позволяет характеризовать остаточное напряжение металлических деталей, начиная от крупных строительных проектов и заканчивая отдельными изделиями, например, мостами, морскими судами, самолетами, аэрокосмическим оборудованием, трубопроводами, тяжелой техникой и автомобилями. Измерительная головка имеет размеры 114 (Ш) x 248 (Г) x 111 (В) мм и весит 3 кг, кроме того, прибор позволяет измерять остаточное напряжение на внутренней поверхности отверстия диаметром 200 мм. Быстрый и простой сбор данных обеспечивается высокоскоростным двумерным (2-D) полупроводниковым детектором ускоряющим время сбора данных и точность даты. Остаточное напряжение измеряется в течение 60 секунд или меньше в большинстве случаев.

Специализированные модели и приборы (Rigaku)

Приборы метрологии поверхностного загрязнения – является пионером в разработке и производстве измерительных приборов на основе рентгеновского излучения для решения задач производства полупроводников. Семейства продуктов этой категории позволяют выполнять все: от метрологии управления производственными процессами до исследований и разработок при определении характеристик тонких пленок и материалов. Метрологические инструменты XRF, XRD и XRR служат для измерения критических технологических параметров, таких как тонкая пленка: толщина, состав, шероховатость, плотность, пористость и кристаллическая структура, а технологические TXRF и VPD-TXRF инструменты используются для измерения загрязнения. Анализ TXRF может определять загрязнение во всех производственных процессах, включая очистку, литье, травление, золение, пленки и т.д. Фирмой предлагается серия приборов метрологии поверхностного загрязнения – TXRF 3760, TXRF 3800e, TXRF310Fab и TXRF-V310.

WaferX 310 представляет собой кульминацию 35-летнего опыта в рентгенофлуоресцентном анализе тонких пленок на кремниевых пластинах. Специально разработанная как инструмент для метрологии в процессе производства, система включает в себя технологию "bridge tool" — для обслуживания 6-дюймовых, 8-дюймовых, а также новейших 12-дюймовых пластин.

WDA-3650 для анализа тонких пленок – новейший инструмент рентгеновской метрологии вносит значительный вклад в технологический контроль толщины металлической пленки, состава пленки и концентрации элементов благодаря новым функциям и дизайну с низким уровнем шума.

Приборы контроля качества – большое семейство спектрометров, ориентированных на решение проблем контроля качества продукции. Среди этой линейки приборов, отметим NEX QC, NEX QC+ и NEX QC+QuantEZ, представляющие собой высококачественные недорогие энергодисперсионные рентгенофлуоресцентные (EDXRF) элементные анализаторы, которые обеспечивают широкий элементарный охват с помощью простого в освоении программного обеспечения QuantEZ и реализуют неразрушающий анализ от натрия (Na) до урана (U) практически в любой матрице, от твердых веществ и сплавов до порошков, жидкостей и суспензий.

Сканирующие многоэлементные анализаторы третьего поколения NEX LS и NEX OL обеспечивают превосходную аналитическую производительность и надежность, измерительная головка EDXRF создана на основе настольных приборов высокого разрешения второго поколения. Благодаря проверенной технологии эти приборы обеспечивают быстрый, неразрушающий многоэлементный анализ – на вес покрытия, толщину покрытия и/или состав — для элементов от алюминия (Al) до урана (U).

Уникальный рентгенофлуоресцентный спектрометр AZX 400 с последовательной дисперсией длин волн (WDXRF) специально разработан для обработки очень больших и/или тяжелых образцов диаметром до 400 мм, толщиной 50 мм и массой 30 кг, эта система идеально подходит для анализа распыляемых мишеней, магнитных дисков или для метрологии многослойных пленок или элементного анализа больших образцов.

Комбинированные модели MFM310, ONYX 3000 и XHEMIS EX-2000 ориентированны на крупносерийное производство пластин толщиной до 200 мм.

Дифракционные детекторы – были разработаны для обеспечения оптимальной гибкости и минимального обслуживания и предложены на рынок: XSPA-400 ER пиксельный детектор с высоким энергетическим разрешением, способный проводить измерения 0, 1 и 2D и HyPix-3000 двумерный полупроводниковый детектор нового поколения с одним счетчиком фотонов с скоростью счета, превышающей 10⁶ cps / пиксель и практически без шума. Приборы HyPix-Arc 100° и HyPix-Arc 150° представляет собой изогнутый гибридный детектор рентгеновского излучения с подсчетом фотонов (HPC) для монокристаллических дифракционных приложений. Модели HyPix-6000HE и HyPix-Bantam – детекторы нового поколения высокой четкости с подсчетом фотонов (HPC). Большим преимуществом детекторов рентгеновского излучения высокой четкости является то, что каждый пиксель независим.

Анализаторы флуоресценции рентгеновского излучения с дисперсией по длине волны – приборы Micro-Z ULS и Micro-Z CL предназначены для анализа содержания серы и хлора в дизельном топливе, бензине и других видах топлива имеют новую конструкцию, позволяющую измерять как пиковую, так и фоновую интенсивность серы и хлора.

Вспомогательное оборудование – специальная фокусирующая рентгеновская оптика (в том числе конфокальная) для дифракции рентгеновских лучей, поставки наборов реагентов, стандартных растворов, белков и аксессуаров для исследователей белков.

Дополнительную информацию о представленных выше приборах и оборудовании аналогичного назначения других производителей, Вы можете узнать, задав свои вопросы на странице Контакты нашего сайта.

Готовы сделать предложение, от которого трудно отказаться!