Источник радиоактивных ионов

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 191 (И) 4 С 21 Н Н О Я БРЕТ ОПИ К АВТ г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском поли техническом институте(56) Ра 1 еу Н.1,. апй Реге 1 1. "1.гЬ 1 па апй Яой 1 щп.Яигйасе 1 опззаг 1 оп 1 оп ,Яоцгсе Орегаг 1 оп апй ЕНьс 1 епсу" ТЬе Неча.ед о 2 Яс 1 епг 11 с 1 пзггоаепгв, 1911, ч,42, В 9, р.1324-1328,Булгаков Ю.А. и др. Имплантация ионов радиоактивного цезия в твердые материалы, "Атомная энергия", т.53, вып.1, с,50-51, 1982.(54)(57) ИСТОЧНИК РАПИОАКТИВНЫХ ИОНОВ, содержащий радиоактивное вещество, фланец, тепловой экран, ионизатор из пористого вольфрама с нагревате. -лем, источник питания нагревателя,ускоряющий электрод и источник высокого напряжения, подключенный к ускоряющему электроду, причем в тепловом экране и ускоряющем электроде выполнены отверстия для выхода пучкаионов, а,ускоряющий электрод расположен снаружи теплового экрана, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, , сцелью обеспечения плавной регулировки,интенсивности пучка радиоактивных ионов, источник снабжен трубкой, на торце которой герметично расположен ионизатор с нагревателем, капсулой срадиоактивным веществом, открытый всторону ионизатора, устройством перемещения капсулы, смонтированным нафланце и герметично соединенным струбкой, причем капсула находится втепловом контакте с внутренней поверхностью трубки.Изобретение относится к ядерной технике, к разделу использования излучений для решения прикладных задач, и может быть использовано в установ 5 ках для нанесения радиоактивных меток/ на образцы и изделия для контроля технологических процессов методом радиоактивных индикаторов, а также для изучения процессов износа поверхнос О ти изделий.Способ внедрения ускоренных радиоактивных ионов в поверхность образцов и изделий применяют для изготовления радиоактивных индикаторов, а также ис.15 пользуют при изучении скорости износа узлов и деталей машин и механизмов в процессе эксплуатации, Доступностьспособа, его технологичность в большой степени зависит от типа устройст ва, в котором получают радиоактивные ионы, его простоты, надежности и радиационной безопасности, Одним из наиболее важных элементов таких устройств является источник радиоактивных ионов -элемент устройства, в котором различными способами из жидких, газообразных и твердых веществ получают ионы радиоактивных элементов,Известен, например ионный источник 30 в котором для получения ионов используется явление ионизация атомов щелочных металлов на поверхности вольфрама. Он содержит резервуар со щелочным металлом, нагреватель ионизатора, З 5 тепловой экран, трубку для подачи кис. лорода на ионизатор (что повышает степень ионизации атомов), вытягивающий электрод, замедляющий электрод, пористый вольфрамовый ионизатор, питаю щую трубку для подачи паров металла из испарителя на ионизатор, пучок проволок для подачи расплавленного металла из. резервуара в испаритель. Одним из главных недостатков этого уст ройства является его инерционность, так как времена включения пучка радиоактивных ионов и прерывания пучка опре" -деляются временем нагревания и остывания испарителя и ионизатора.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее радиоактивное вещество, фланец, тепловой экран, ионизатор из пористого вольфрама с нагревателем, источник питания нагревателя, ускоряющий электрод и источник высокого напряжения, подключенный к ускоряющему электроду. В прототипе перед облучением образца радиоактивное вещество (напримерраствор соли СзС 1, содержащий радиоактивные атомы цезия) наносится напористый вольфрам (вольфрамовую губку), который методом спекания нанесенна вольфрамовую ленту, концы которойподключены к источнику питания,.Припропускании тока через вольфрамовуюленту последняя нагревается, что всвою очередь приводит к нагреву пористого вольфрама-ионизатора, При нагреве вольфрамовой губки радиоактивное вещество испаряется, при этом щелочной металл (в прототипе цезий) засчет разности работы выхода электронов из его атомов и атомов вольфрамаиспаряется в виде положительных ионов, которые затем ускоряются в электрическом полеи внедряются в поверхность облучаемого образца,Недостатком известного технического решения является то, что в немтемпература ионизатора и температурарадиоактивного вещества одинаковы.Поэтому в случае необходимости уменьшения интенсивности пучка радиоактивных ионов за счет снижения скоростииспарения рабочего вещества уменьшаюттемпературу ионизатора, что в своюочередь приводит к уменьшению степениионизации. Так, например, в случае получения ионов цезия при низких температурах цезий накапливается на поверхности вольфрама, уменьшает егоработу выхода и понижает вероятностьионизации атомов цезия и выхода их ввиде ионов. При высоких температурахпроисходит слишком быстрое испарениерабочего вещества, поэтому для ионовцезия оптимальной температурой нагрева вольфрамового ионизатора являетсятемпература порядка 900-1000 С. Однако даже при этих температурах скорость испарения некоторых веществ,включающих радиоактивный цезиЦ, является довольновысокой. Например соединение СвС 1, имеющее температуруплавления около 645 оС, при температуре порядка 900 С имеет величину давления насыщенных паров около 23 ммрт.ст., что приводит к его интенсив"ному испарению в этом диапазоне температур, при этом скорость испарения,Га значит, и интенсивность пучка радиоактивных ионов Йвляются практическинерегулируемыми величинами. Поэтомуколичество радиоактивных атомов, внедренных в поверхность облучаемого об" разца, определяется лишь количеством радиоактивного вещества, нанесенного на ионизатор из пористого вольфрама, Как указано в описании прототипа, вы 5 сокая скорость испарения определяет продолжительность имплантации, равной 5-10 с - при дозе внедренных ионов около 104 ионов/см, однако такая высокая скорость процесса имплантации (высокая интенсивность пучка радиоактивных ионов) делает невозможной проведение имплантации нескольких образцов малыми дозами ионов,.приводит к 5 увеличению длительности процесса облучения серии образцов, увеличению трудоемкости работ и ухудшению условий радиационной безопасности.Цель изобретения - обеспечение 20 плавной регулировки интенсивности пучка радиоактивных ионовПоставленная цель достигается тем, , что источник радиоактивных ионов содержит радиоактивное вещество, фла нец, тепловой экран, ионизатор из пористого вольфрама с нагревателем, источник питания нагревателя, ускоряющий . электрод и источник высокого напряжения, подключенный к ускоряюще му электроду, причем в тепловом экране и ускоряющем электроде выполнены отверстия для выхода пучка ионов, а ускоряющий электрод расположен снаружи теплового экрана, трубку, на торце которой герметично расположен иониза. тор с нагревателем, капсулу с радиоактивным веществом, открытую в .сторону ионизатора, устройство перемещения капсулы, смонтированное на фланце и 40 герметично соединенное с трубкой, причем капсула находится в тепловом контакте с внутренней поверхностью трубки.На фиг. представлена схема устро .ройства; на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1.Устройство содержит тепловой экран 1, дополнительный тепловой экран 2, пластины 3 из тугоплавкого материала, ионизатор 4, кольцо 5 из изолятора, электроды 6, трубку 7 из нержа-. веющей стали, радиоактивное вещество 8, капсулу 9, шток 1 О, фланец 11 для крепления источника, устройство перемещения 12 капсулы - вакуумноплотные изоляторы 13, источник питания 14, ускоряющий электрод 15, источник высокого напряжения 16. В тепловом экране 1 на конце трубки 7, изготэвленнойиз нержавеющей стали, внутри трубки 7 герметично размещен ионизатор 4 - таблетка, выполненная из пористого вольфрама. С внешней стороны на конце трубки 7 расположено кольцо 5, выполненное из изолятора - керамики с хорошей теплопро" водностью, которое окружено двумядлвстинами 3, изготовленными из тугоплавкого материала (например тантала, вольфрама), соединенными параллельно, которые подключены к источнику питания 14 через электроды 6. С конца трубки 7, противоположного нонйэатору 4, в полость трубки 7 через устройство перемещения 12 на штоке 10, изго-.товленном из .нержавеющей стали, герметично введена капсула 9, выполнен" ная в виде цилиндра с одним дном и расположенная открытым концом к ионизатору 4, с радиоактивным рабочим веществом 8. Устройство смонтировано на фланце 11, в котором через вакуумоплотные изоляторы 13 выведены электроды 6. Пластины 3 нагревателя окружены до" полнительным тепловым экраном 2, а перед тепловым экраномразмещен уско" ряющий электрод 15.Устройство работает следующим образом.В капсулу 9 вводится радиоактивное вещество, из которого получают радиоактивные ионы, и она посредством што" ка 10 вводится внутрь трубки 7, при этом шток 10 укрепляют в устройстве перемещения 12 капсулы, которое позволяет также герметизировать объем ионного источника. В начальный момент времени капсула 9 устанавливается на . конце трубки 7, противоположном иониэатору 4. При подаче напряжения на электроды 6 от источника питания 14 элек" трический ток нагревает пластины 3, которые в свою очередь через изолятор и стенку трубки 7 нагревают вольфрамовый ионизатор 4. Увеличением напряжения на электродах 6 повышают температуру ионизатора до требуемой величины (обычно 900-1000 С). При .этом вдоль трубки 7 устанавливается градиент температур от величины температуры ионизатора до температуры фланца 11, который соединен с корпусом установки для имплантации и поэтому его температура остается достаточно низкой.Для обеспечения тепловой развязки между концом трубки 7, где укреплен1091748 427 474 527 577 627 645 67 727 827 927 9,3 8,1 5,42,7 1,5 1,8 . 3,71,01 5,7 0-4 1010 1010101023,07 рт.ст ионизатор, и корпусом установки для имплантации, к которому крепится фла.-. нец 11, элементы устройства - тепловой экран 1, трубки 7, шток 1 О, электроды 6 выполнены из нержавеющей стали, обладающей низкой теплопроводно-. стью (например стали типа Х 18 Н 9 Т,или стали Х 18 Н 10 Т), Для увеличения коэффициента полезного действия нагрева теля и устранения излишнего перегрева теплового экрана 1 пластины 3 нагревателя окружены дополнительным экраном 2.Количество испаренного радиоактив ного вещества в капсуле 9 зависит от температуры, при которой она находися. Для обеспечения хорошего теплово го контакта между капсулой 9 и трубкой 7, капсулу изготавливают так, чтобы 20 ее стенки плотно примыкали к внутренней стенке трубки 7, поэтому температура, при которой находится капсула, равна температуре, соответствующей точке трубки 7, и при разных положе 25 ниях капсулы скорость испарения радиоактивного вещества различна - она минимальна при максимальном удалении капсулы от ионизатора и возрастает прй движении капсулы к ионизатору.В таблице приведены значения давления насыщенных паров для соединения СвС 1 при различных температурах.Из таблицы видно, что, измерив температурный градиент вдоль трубки 7 и помещая капсулу 9 с осажденным из радиоактивного раствора соединением СзС 1 на различных расстояниях от ионизатора, можно плавно изменять количество испаренных атомов, что в свою 40 очередь приводит к плавному изменению интенсивности пучка радиоактивных ионов, так как за счет разности парциальных давлений в трубке 7 и вакуумной камере установки пары, образовавшиеся после испарения соединения СвС 1, диффундируют через поры ионизатора, при этом атомы Св иониэируются и на выходе из.ионизатора попадают в ускоряющий промежуток, образованный между .ионизатором 4 и электродом 15, на котором подано ускоряющее напряжение. Герметичное крепление ионизатора 4 на конце трубки 7 необходимо для того, чтобы в максимальной степени снизить выход нейтральных радиоактив ных атомов, которые могут попасть в вакуумный объем установки между ионизатором 4 и стенками трубки 7.Таким образом предлагаемое устройство позволяет осуществлять плавную регулировку интенсивности пучка радиоактивных ионов, что дает вочможность при одной загрузке радиоактивного .вещества в капсулу осуществлять имплантацию радиоактивных ионов в серию .образцов, наносить радиоактивные метки малой активности, а в случае применения данного источника для изучения процессов износа наносить радиоактивные метки в различные точки исследуемой поверхности. без разгерметизации источника.Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является то, что радиоактивное вещество, его пары локализованы только в объеме трубки, вдоль которой передвигается капсула и на конце которой помещен иониэатор, что уменьшает радиационное загрязнение установки и позволяет улучшить условия работы и источником с точки зрения радиационной безопасности.109748 КорректорЭ. Лончакова Техред М.Моргента едактор Н.Сильняг акаэ 55 9 исно Проиэводствецно-полиграфическое предприятие, г. Ужго Проектная ТиражВНИИПИ Государпо делам иэ113035, Москва, Ж т б 3 ного комитета СССений и открытийРаушская наб., д.

Смотреть

Заявка

3506622, 01.11.1982

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ПРИ ТОМСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ

КУЗНЕЦОВ Б. И, ПУЗЫРЕВИЧ А. Г, ПАНОВ Ю. А, РЫБАСОВ А. Г, ШИПИЛОВ А. Л, БЕЛЫХ З. П, БУЛГАКОВ Ю. В

МПК / Метки

МПК: G21H 5/00, H01J 27/02

Метки: ионов, источник, радиоактивных

Опубликовано: 07.11.1988

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1091748-istochnik-radioaktivnykh-ionov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Источник радиоактивных ионов</a>

Похожие патенты