Устройство для облучения радиоактивными ионами

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в, установках для нанесения радиоактивных меток на образцы и изделия для контроля технологических процессов методом радиоактивных индикаторов, а также для изучения процессов износа поверхности изделий.С точки зрения рационального ис пользования радиоактивного изотопа, из которого в источнике получают радиоактивные ионы, минимальных радиационных загрязнений деталей и узлов установки, наилучшими параметрами об ладают ионные источники, в которых происходит термическое испарение радиоактивного материала, а затем его ионизация различными способами.Известно устройство для получения 20 радиоактивных ионов Х, К , Р, в котором для получения радиоактивных ионов из твердых веществ (например фосфора) последнее помещается в испаритель, откуда пары вещества подаются в разрядную ячейку магнетронного типа, где они ионизируются и выводятся из ячейки в ускоряющий промежуток установки с помощью вытягивающего электрода, на который подается отри цательный потенциал.Данное устройство сложно по конструкции; в источнике для зажигания разряда в магнетронной ячейке необходима система напуска газа (например аргона), необходимы источники пи-. тания для разрядной ячейки и магнита, в котором она помещается, для поддержания разряда в ячейке должно поддерживаться вполне определенное давление 40 паров радиоактивного материала.Более простыми по конструкции и эффективности ионизации .паров радиоактивного материала являются ионные источники, в которых используется явле ние поверхностной ионизации атомов ще лочных металлов на поверхности вольфрама.Наиболее близким техническим решением является устройство для облучения радиоактивными ионами, содержащее вакуумную камеру, резервуар для радиоактивного вещества,испаритель с нагревателем, набор проволочек для подачи радиоактивного вещества в испаритель, ионизатор с нагревателем, тепловой экран, вытягивающий и ускоряющий электроды, трубку для подачи кислорода и облучаемый образец. Из резервуара, в котором радиоактивное вещество плавится за счет тепла, поступающего из нагревателя испарителя, металл за счет капиллярных сил по пучку проволочек поступает в испаритель, откуда по питающей трубке пары металла поступают в пористый вольфрамовый ионизатор, который нагрет до высокой температуры нагревателем ионизатора, Нагреватель ионизатора с помощью теплового экрана изолируется от вытягивающего электрода, выполненного в виде пластины с отверстием, расположенным на одной оси с вольфрамовым ионизатором. При подаче потенциала на вытягивающий электрод ионы металла извлекаются из вольфрамового ионизатора и ускоряются в электрическом поле, приложенным между вытягивающим электродом и ускоряющим электродом, выполненным в виде пластины с отверстием, расположенным соосно с отверстием в вытягивающем электроде. Для уменьшения эммитанса пучка ионов, уменьшения влияния пространственного заряда после ускоряющего электрода располагается замедляющий электрод, применение которого дает хорошие результаты при величинах ус- коряющего напряжения от нескольких сотен вольт до нескольких десятков киловольт. Через трубку подачи кислорода на вольфрамовый ионизатор можно подводить кислород, что приводит к повышению степени ионизации паров металла для ряда элементов (например лития, натрия и др.).Известное устройство имеет ряд недостатков. Один из них - это инерционность источника, поскольку при данной конструкции источника из-за медленности процессов нагревания и охлаждения нельзя мгновенно получить и выключить пучок ионов на выходе из источника ионов. Этот недостаток приобретает особую остроту при использо-. вании прототипа для получения пучка . радиоактивных ионов и применения его для нанесения радиоактивных меток на серию иэделий, располагаемых на сис- теме подачи образцов в вакуумной камере установки, При данной конструкции ионного источника пучок ионов будет поступать из источника и в моменты смены обрабатываемых деталей, что приводит к непроизводительному расходу радиоактивного вещества и ра"диационному загрязнению деталей устаковки,Кроме того, из-зз неполной ионкза. ции паров металла (в прототипе эффек 5,тивиость ионизации ионов 1.1 изменяют от 407 в отсутствие окисления до703 при непрерывном окислении поверхности ионизатора ) за счет разностипарциальных давлений в источнике и 10вакуумной камере установки нейтральная компонента паров металла выходитиз источника и осаждается на деталяхустановки,что приводит в случае использования прототипа для получениярадиоактивных ионов и облучения.имиобразцов и изделий также к непроизводительному расходу радиоактивного вещества и радиационному загрязнениюустановки. 20Целью настоящего изобретения является повьппение эффективности и снижение радиационного загрязнения устрой. ства для облучения радиоактивными ионами, а также повьппение монохроматичности пучка ионов.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для облучения радиоактивными ионами, содержащее вакуумную камеру, резервуар для радиоактивного вещества, испаритель с нагревателем, набор проволочек для подачирадиоактивного вещества в испаритель,ионизатор с нагревателем, тепловойэкран, вытягивающий и ускоряющий электроды, трубку для подачи кислорода иоблучаемый образец, дополнительно введен датчик, фиксирующий наличие облучаемого образца, а ускоряющий электрод выполнен в виде цилиндра с двойными боковыми стенками, между которыми размещена обмотка охлаждения, иодним дном, в котором имеется отверс-.тие для вывода пучка радиоактивныхИонов, причем датчик соединен через.усилитель - формирователь с коммут 1 атором напряжения на выталкивающемэлектроде, а к одному из входов коммутатора подключен источник запирающего напряжения. Кроме того, ускоряющий электрод покрыт слоем изоляторас теплопроводностью, близкий к теплопроводности металлов.На чертеже приведена общая схемапредлагаемого устройства.Устройство состоит из резервуара1 для радиоактивного вещества, нагревателя испарителя 2, нагревателя кокизатора 3, теплового экрана 4, трубки для подачи кислорода 5, замедляющего электрода 6, облучаемого образца 7, датчика 8 индикации образца, источника питания 9 запирающего напряжения, усилителя-формирователя 10 сигналов с датчика 8, коммутатора напряжения 11, ускоряющего электрода 12, охлаждающей обмотки 13, вытягивающего электрода 14, слой изолятора15, вольфрамового ионизатора 16, питающей трубки 17, набора проволочек18 для подачи радиоактивного вещества в испаритель.Резервуар 1 с радиоактивным веществомсоединен с питающей трубкой 17 на которой расположены обмотки нагревателя испарителя 2 и нагревателяионизатора 3. В жидкий металл или радиоактивное вещество в жидком состоя"нии в резервуаре 1 опущен один конец набора проволочек 18, второй конец которых расположен в объеме нагревателя испарителя 2. В свободном торце питающей трубки помещен вольфрамовый ионизатор 16. Вытягивающий электрод 14 экранирован от вольфрамового ионизатора 16 с помощью теплового экрана 4, при этом отверстия для выхода пучка ионов в тепловом экране 4, вытягивающем электроде 14, ускоряющем электроде 12 и замедляющем электроде 6, расположены соосно, на этой же оси помещен облучаемый образец 7, Между боковыми стенками ускоряющего элект 1.о" да 12 расположена охлаждающая обмотка 13, а сам ускоряющий электрод 12 отда лен от вытягивающего электрода 14 с помощью слоя изолятора 15.Датчик 8 индикации образца соединен через усилитель-формирователь сигналов 10 с коммутатором напряжения 11; один вход которого соединен с источником 9 запирающего напряжения, а второй - с источником высокого напряжения для ускорения ионов. Выход коммутатора напряжения 11 соединен с вытягивающим электродом 14.Устройство работает следующим образом.Жидкий металл, содержащий радио- активный изотоп или раствор радиоак". тивного вещества, за счет капиллярных сил подается в область питающей трубки 17, иагреваемой нагревателем испарителя 2, Металл или (раствор) кспаряется и его пары за счет разностипарциальных давлений подаются навольфрамовый ионизатор 16, выполненный из пористого вольфрама и нагрева" емый нагревателем ионизатора 3. Пары .металла взаимодействуют с поверхностью вольфрама за счет разности рабо 5 ты выхода валентных электронов щелоч" ных металлов и вольфрама, ионизируются и вытягиваются в ускоряющий промежуток путем подачи отрицательного напряжения на вытягивающий электрод 14. 10 Ускоряющий промежуток ионов образован между вытягивающим электродом 14 и дном ускоряющего электрода 12.Ускоряющий электрод 12 выполнен в виде цилиндра с двойными стенками и одним дном, в котором расположено отверстие для вывода пучка радиоактивных ионовЭлектрод расположен открытым торцом к вольфрамовому ионизатору 16. Между двойными стенками элект рода расположена охлаждающая обмотка 13. Для устранения искажения электрического поля внутри ускоряющего электрода внутренняя поверхность боковых стенок и передняя часть электрода, 25 которая обращена к вытягивающему электроду,.покрыты слоем изолятора 15 с теплопроводностью, близкой к теплопроводности металлов.Нагретая нейтральная компонента ра.30 диоактивного газа при выходе из вольфрамового иониэатора попадает в объем, ограниченный дном ускоряющего электрода 12 и его боковыми стенками, покрытыми слоем изолятора, который за счет хорошей теплопроводности охлажден до температуры ускоряющего электрода 2. Нагретые пары металла или рарадиоактивного вещества, попадая на холодные стенки, осаждаются, и внутрь 40 вакуумной камеры установки попадает лишь незначительная часть, величина которой определяется размерами диафрагмы в ускоряющем электроде 12 и величиной зазора между слоем изолято ра 15 и вытягивающим слоем электрода 14. Проходя ускоряющий промежуток и замедляющий электрод 6, пучок ионов попадает на облучаемый образец 7.Датчик 8 индикации образца электрическими (например с помощью фотодиодов или другими способами) фиксирует наличие образца на месте, где он должен находиться при облучении и нанесении на него радиоактивной метки.Сигнал с датчика 8 подается на усили 55 тель-формирователь 10, который вырабатывает сигнал, необходимый для управления коммутатором напряжения 11,который подает отрицательное напряжение на вытягивающий электрод 14 приналичии образца на месте облученияили включает положительное запирающее напряжение от источника 9 питания запирающего напряжения при отсутствии образца или в процессе его смены фТаким образом, поставленная цель -повышение эффективности и снижениерадиационного загрязнения устройст-.ва " достигается за счет перекрытияпучка радиоактивных ионов при отсутствии образца на месте облучения илиего смене и эа счет осаждения нейтральной компоненты радиоактивного газа на внутренних стенках ускоряющегоэлектрода.Для случая получения радиоактивных .ионов и облучения ими образцов и изделий предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ перед базовымустройством - установкой для получения ионов и внедрения их в изделия сионными источником типа дуаплазматрон, широко применяемым для ионноголегирования поверхности материалов иизделий.Малый расход радиоактивного изотопа, что достигается подбором оптимального режима испарения радиоактивного вещества,Высокая степень ионизации паровметалла, что является характернымпреимуществом всех типов ионных источников, работа которых основана на явлении поверхностной ионизации,Отсутствие необходимости использовать систему сепарации ионов по массам, так как в вольфрамовом ионизаторе получают только ионы вводимого щелочного металла.Минимальное радиационное загрязнение деталей установки, локализациярадиоактивности в ионном источнике,что делает установку безопасной в работе.Возможность применения простыхсхем ионной оптики из-за малых размеров ионного пучка на выходе из источника, простота изменения интенсивности пучка радиоактивных ионов с по" .,мощью регулировки температуры испарителя.1086969 рректор Э Лончаков Моргент Редактор Н.Сильняги ехр каз 5 по делам 3035, Москваж 395арств изобрЖПодписноого комитета СССРний и открытийаушская наб., д, 4/5