Горячие камеры, горячие лаборатории
Горячие камеры в Аргоннской национальной лаборатории.
Каждая камера оснащена смотровым окном и двумя дистанционно управляемыми манипуляторами
Экранированные камеры для работы с высокоактивными веществами часто называют «горячими камерами» или «горячими лабораториями»", перевод с англ. -hot cells. Слово «горячий» в данном контексте относится к радиоактивности: такие помещения требуются для защиты людей от воздействия радиоактивных изотопов. Горячие камеры представляют собой ячейки, сдерживающие радиоактивное излучение, в которых люди могут управлять необходимым оборудованием и выполнять различные операции с ним. Они используются как в ядерной энергетике, так и в медицинской радиологии.
Атомная промышленность
Горячие камеры используются для проверки состояния отработанных стержней ядерного топлива и работы с другими объектами, являющимися высокомощными гамма-излучателями. К примеру, обработка медицинских изотопов, подвергнутых облучению в ядерном реакторе или ускорителе частиц, осуществляется в горячей камере. Широкое распространение ядерного оружия также объясняет рост частоты использования горячих камер — они могут применяться для проведения химических реакций при извлечении плутония из отработанного топлива. Нарезка использованных топливных стержней, растворение ядерного топлива и первый цикл экстракции в рамках процесса переработки ядерного топлива PUREX (высокоактивный цикл) выполняются в горячей камере. Эксплуатация камер связана с применением специальных быстроразъёмных соединений - одиночных или мультисоединений с дистанционным управлением. Кроме дистанционного подключения контуров охлаждения, пневматики, также БРС применяют для контуров с жидкими ядерными отходами, водяного пара, отбора проб в перчаточных камерах и пр. Подробнее о применении быстроразъемов в атомной промышленности здесь.
Для второго цикла процесса PUREX (цикл средней активности) может использоваться обычная перчаточная камера.
Горячая камера в больнице для подготовки технеция-99м для использования
в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии
Медицинская радиология
Горячие камеры повсеместно используются в медицинской радиологии: для производства радиофармпрепаратов согласно нормативам организации производства и контроля качества лекарственных средств (на фабриках), для манипуляций с радиофармпрепаратами и их дозирования (в больницах). Пользователь ни в коем случае не должен подвергаться излучению радиоактивных изотопов, поэтому сдерживающие ячейки, изготавливаемые из нержавеющей стали марки 316 или других материалов, таких как ПВХ или Corian, имеют толстый внешний защитный слой. Такая защита может обеспечиваться путем использования свинца (что является частой практикой), а также таких материалов, как бетон (при этом требуется очень большая толщина стен) или вольфрам. Количество радиоактивности в горячей камере, энергия гамма-фотонов, испускаемых радиоизотопами, а также число нейтронов, образующихся в используемом материале, определяют необходимую толщину экранирующей оболочки. Например, источник из кобальта-60 мощностью 1 кКи требует использования более толстого защитного слоя, чем источник из иридия-192 мощностью 1 кКи для поддержания одинаковой дозы облучения на внешней поверхности горячей камеры. Кроме того, если в горячей камере используются материалы, содержащие некоторые актиниды, такие, как Cf, или отработанное ядерное топливо, может дополнительно требоваться применение слоя воды или полиэтилена для снижения скорости образования нейтронов. Подробнее о применении быстроразъёмных соединений для медицинской техники здесь
Смотровые окна
Для визуального контроля процессов, выполняемых в горячей камере, могут использоваться видеокамеры (однако при этом требуется их замена на регулярной основе), но чаще всего применяется стекло с содержанием свинца. Выпускается несколько сортов свинцового стекла разной плотности, наиболее распространенной из которых является 5,2 г/см3. Примерный расчет эквивалентной толщины такого стекла выполняется путём умножения толщины свинцовой оболочки на 2,5 (например, свинцовая оболочка толщиной 10 мм эквивалентна свинцовому стеклу толщиной 25 мм). Ранее в качестве смотровых окон в горячих камерах использовались стеклянные резервуары с раствором ZnBr2, защищающим от высокоэнергетических гамма-лучей. Этот способ экранирования лишён такого недостатка, как затемнение свинцового стекла со временем под действием излучения, а также обеспечивает «самостоятельный ремонт» любого ущерба, причиняемого раствору радиоактивным излучением. Однако он неизбежно приводит к оптическим искажениям из-за разницы в коэффициентах преломления раствора и стекла.
Манипуляторы
Для дистанционной работы с оборудованием внутри горячих камер используются дистанционно управляемые манипуляторы или щипцы. Возможность их применения является невероятно ценной — они позволяют избежать необходимости помещать руки внутрь защитной ячейки, что приводило бы к тяжёлому облучению пальцев / кистей рук. Манипуляторы используются в сочетании с экранированными сферами, которые могут быть произведены большинством ведущих проектно-конструкторских компаний. Применение манипуляторов эффективно при совместном использовании специальных БРС для дистанционного управления - серия UM.
Перчатки
В сочетании с клещами часто используются перчатки, экранированные свинцом — они обеспечивают большую точность манипуляций и могут применяться в условиях низкого уровня радиации (например, в горячих камерах больничных лабораторий ядерной медицины). Рядом компаний были разработаны перчатки, экранированные вольфрамом, обеспечивающие ещё большую точность движений и лучшую защиту, чем перчатки с экранированием свинцом. Перчатки должны регулярно заменяться, поскольку химические вещества, используемые для очистки / стерилизации камер, приводят к значительному их износу.
Чистые помещения
Горячие камеры, как правило, располагаются в чистых помещениях с классификацией чистоты воздуха в пределах от D до B (категория C является наиболее распространенной). Крайне редко горячие камеры помещаются в комнаты класса A или без классификации чистоты воздуха.
Различные типы горячих камер
- Камеры для научно-исследовательской работы: Такие камеры часто используются для испытания новых модулей химического оборудования или химических процессов. Размер камер, как правило, является довольно большим по причине необходимой гибкости при использовании различных химических модулей, которые могут значительно различаться по размеру (например, synthera и tracerlab). В некоторых камерах требуется применение дистанционных манипуляций.
- Стековые мини-камеры: Этот тип горячих камер используется исключительно для производства радиофармпрепаратов. В каждую из камер помещается химический модуль и запускается производственный процесс (с получением радиоактивного фтора-18 от циклотрона). По завершении процесса камеры остаются закрытыми в течение как минимум 6 часов до снижения излучения до безопасного уровня. В таких камерах не используются манипуляторы.
- Камеры для производства и дозирования: Такие камеры используются для дозирования химических продуктов. Например, сразу после получения фтордезоксиглюкозы (ФДГ) путём смешивания фтора-18 с глюкозой, в ячейку для дозирования помещается стерилизованный флакон, содержимое которого осторожно распределяется в необходимое число шприцев или флаконов. В данном случае использование дистанционных манипуляций является очень важным. Часто для в качестве пробоотборника используют различные модификации серии 85-005