Устройство для введения радионуклидов в образец

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Н 9)(31 4 6 102321 ВСЕГОР "ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С,М.Кирова(56) Авторское свидетельство СССР У 302801, кл. С 01 Б 23/22, 1971.Авторское свидетельство СССР Ф 1236946, кл. 6 01 Я 23/221, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ОБРАЗЕЦ(57) Изобретение относится к области получения радионуклидов, используемых в качестве радиоактивных индикаторов. Цель изобретения - повыше ние удельной активности, вводимой вобразец. Устройство содержит источник ускоренных ионов и мишень, изкоторой после ее активации требуемыйнуклид внедряется в образец. Мишеньвыполнена в виде полого усеченногоконуса, обращенного большим основанием к ионному источнику. Внутри конусавплотную к меньшему основанию помещен образец. При отношении радиусовоснований конуса 0,5-0,7 отношениеактивности, внедренной в образец, кактивности всех образовавшихся радиоактивных ядер, будет максимальным.1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.1 анее установлено, что наибольший выход из мишени наблюдается при углах при вершине конуса 10-20(М/25 - 1 О) . При облучении полого усеченного конуса, обращенного большим основанием к источнику ионов, когда образец со всех сторон "окружен" мишенью, не все вылетевшие радиоактивные ядра отдачи попадут на 55 образец - часть из них будет внедряться в противоположные (от места вылета ядра) стенки мишени и выход 50 Изобретение касается получения радионуклидов и использования их в качестве радиоактивных индикаторов.Целью изобретения является повышение удельной активности, вводимой в образец.На чертеже схематически изображено описываемое устройство.Источник ионов 1, представляющий собой циклический или линейный ускоритель, позволяет ускорить ионы с Е2 до энергий вьппе 1 МэВ/нукл, Пучок ионов 2 формируется танталовым коллиматором 3 до поперечных разме ров "толстой" мишени 4, выполненной в виде полого усеченного конуса, ось которого направлена строго по оси пучка ионов. Образец закреплен на держателе 5 внутри мишени 4 вплотную 20 к верхнему основанио усеченного конуса. В случае необходимости для устранения облучения образца первичным потоком ионов коллимирующее отверстие выполняется в виде кольца радиусами, 25 равными радиусам оснований конической мишени, т.е. г и К. Ядро б отдачи, возникающее в результате взаимодействия, внедряется в образец, Бомбардирующий ион при прохождении 30 через вещество мишени 4 на глубиневзаимодействует с ядром исходного элемента, из которого в результате образуется ядро 6 требуемого радионуклида, вылетающего иэ мишени под углом Ч. Если угол Ч меньше угла наклона мишени д /2 к направлению пучка, то ядро отдачи не вылетит из мишени. При ЧЬ/2 ядро отдачи, пройдя в мишени расстояние Х , может по- щ кинуть мишень в том случае, если его пробег К в мишени больше, чем этояорасстояние, т.е.зп Ы./2яоь ь з 1.п-о/2) будет меньше, чем в том случае, когда конус обращен вершиной к источникуюОднако удельная активность (число ядер на площадь образца) должна быть вьппе, чем для каждого отдельного образца фиксированной площади (-2 см) в прототипе. Для обеспечения максиальной удельной активности (внедренной в единичный образец) необходимо только правильно подобрать отношение радиусов меньшего (г) и большего оснований (К) усеченного конуса, т.е.подобрать г/К таким, что отношение активности, внедренной в образец, к активности всех образованных радиоактивных ядер в полном конусе (г = О) будет максимальным. При увеличении г/К (г/К -+1) практически все вылетевшие иэ мишени ядра попадут на образец, в случае г/К 0 все ядра будут поглощаться противоположными стенками мишени. Однако в первом случае (г/К - 1) число образованных ядер будет меньше, так как площадь мишени значительно меньше, чем во втором случае, а следовательно, при фиксированном поперечном размере пучка ионов (К - радиус пучка) и фиксированном токе пучка (постоянной плотности тоха) ток на мишени меньше. Поэтому долкно существовать оптюальное значение отношения г/К, при котором отношение активиости ядер, внедренных в образец, к активности всех образованных в полном конусе (г=О) радиоактивных ядер будет максимальнс . Площади боковых2 С поверхностей усеченного В и пол-палнного Я конусов связаны выражением:2 1 с г полн( . ) б Из этого выражения по измеренной активности радиоактивных ядер, обраЧс зованных в усеченном конусе А можно определить активность их дляиоанполного конуса АПОЛН цА = А(2)Таким образом, меняя положение образца по отношению к большему основанию, т.е. меняя радиус меньшего основания усеченного конуса (мишени ), и измеряя активность, внедряемую в образец А", и активность в мишени(В полн в зависимости от г/К 0,6 0,65 0,722,8 24,2 24,3 0,75 0,5 0,55 17,3 19,8 0,45 24,8 12,9 14,6 Впалн 12,4 10,9 14,0 13,8 13,0 10,3 ПОЛНВ,% макс 74,6 95,9 84 ф 9 100 89,0 70,5 УсА , для максимального значения ото,ношения А (1-г /К ) /(А + А )лотношение активности в образце кактивности всех ядер, образованныхв полном конусе (т.е, когда ток мишени Факсимальный), находят оптимальное значение отношения Г/К.Устройство для введения радионуклидов в объеме образца реализовано на примере устройств для введения радиоактивного фторапо реакции Ве( И,с)" Р,П р и м е р. Источник ионов - циклотрон УНИИЯФ при Томском политехническом институте, позволяет ускорять ионы азотаэнергией 16 МэВс максимальным током пучка несколькомикроампер. Диаметры коллимирующихотверстий равны диаметрам основанийконических мишеней, выполненных из,бериллий-алюминиевых фольг толщиной50 мкм (содержание бериллия20%),Угол при вершине конусов выбран 10,поскольку в этом случае достигаетсявысокий выход ядер фтораиз мишени 31,2%, а линейные размеры мишеней хорошо соответствуют размерампоперечного сечения пучка ионов иразмерам образцов. Диаметры образцовиэ алюминия толщиной са 0,5 мм 0,52 см. Они имели держатель со стороны верхнего основания конусов . С помощью этого держателя регулировалось В этой таблице В - отношение активности фторав образце к активности всех образованных в мишени (усеченном конусе,1 ядер фтора. Эта величина характеризует эффективность устройства в том случае, когда измеряется ток только на мишени (сечение пучка - кольцо размерами г и К; Впа " - отношение активности в образце к активности образованных в полном конусе ядер фтора. Характеризует эффективность устройства по сравнению с прототипом, когда измеряется полный ток пучка (сечение положение образцов по отношению книжнему основанию и, следовательно,менялось значение радиуса верхнегооснования мишени и отношение г/К.После облучения мишени в течение1 ч током пучка до 1 мкА производили измерения наведенных активностеймишеней и активностей, введенных в 10 образцы, с помощью многоцелевогогаммаспектрометра СЭСГ-16 с кристаллами Иа 1(Т 1) диаметром 150 х 100 мм.Для различных отношений г/К рассчитывали отношения активности в образ це к активности всех образованныхядер фтора, образованных в мишени в виде полого конуса (г=О) поформуле: ООРА ОЗР. рс ор--- -=А (1 г /К)(А +А )А ПОЛН(3) В таблице приведены значения отно- шений пучка - круг радиусом К). Впалн характеризует изменение величиныПОЛН.В по сравнению с максимальным ее значением (при г/К = 0,6 В, = 100%). Как видно из таблицы, число ядер отдачи, введенных в образец, при фиксированном токе пучка круглого сечения радиусом, равным радиусу большего основания мишени К, максимально в диапазоне значений г/К . 0,5 . 0,7, составляя соответственно 89 и 85% от максимального значения при г/К = 0,6. За пределами этого диапазона выход уменьшается, составляя279370 и 747 от максимального значения для г/К0,45 и 0,75 соответ - ственно, что значительно вышее, чем у прототипа. При оптимальном значении отношения г/"к = 0,6 почти 157 всей возможной наведенной активности фторабудет вводиться в образец 1 для прототипа в образец той же площади, имеем не более 1-2 вводимой активности, хотя суммарно вводимая активность в 2 раза больше ( 31,27).Таким образом, предлагаемое устройство значительно эффективнее прототипа в тех случаях, когда нужно вводить радионуклид в образец небольшой площади 1 1 -2 см ), что имеет обычно место в активационном анализе.Ядерным реакциям, возбуждаемым тяжелыми ионами на ядрах легких элемен тов,присущи схожие по Формуле угловые распределения радиоактивных продуктов, имеющие, как правило, максимум в области малых углов, т,е, распределение продуктов сильно вытянуто вперед по направлению бомбардирующих ионов. Поэтому в одинаковых диапазонах энергий бомбардирующих ионов для различных ядерных реакций оптимальные параметры устройства 30 будут близкими, Наличие плато в зависимости удельной активности Фторав достаточно широком диапазоне отношений т/Б. = 0,5-0,7 позволяет сделать вывод о применимости описан ного устройства с отношением радиу 57 6сов оснований гВ = 0,5-0,7 и для других ядерных реакций, возбуждаемых тяжелыми ионами на легких ядрах. Таким образом, можно вводить радион л 1 знуклиды С, И, О по ядерным реакциям, возбуждаемым ионами азотана боре и азоте;И( И,15 И) Н, В( 11, Ве) О и др.Формула изобретения1. Устройство для введения радионуклидов в образец, содержащее источник ускоренных ионов, держатель образца, и "толстую" конусообразную мишень, содержащую элемент, при активации которого образуется требуемый радионуклид, внедряющийся из мише ни в образец, за счет энергии ядерного превращения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения удельной активности вводимой в об)разец, мишень выполнена в виде полого усеченного конуса, обращенного большим основанием к источнику ионов, а держатель образца помещен внутри конуса вплотную к меньшему основанию конуса.2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что отношение радиусов оснований мишени выбрано в интервале 0,5-0,7.