CN110580967A - 可控210Po-Be同位素中子源的生产方法及可控210Po-Be同位素中子源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控²¹⁰Po‑Be同位素中子源的生产方法，包括如下的依次步骤：(1)提供容器、驱动件、圆柱金属基体和Be靶；(2)在圆柱金属基体侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi的化合物；(3)对圆柱金属基体进行辐照处理；(4)将Be靶和圆柱金属基体隔离放置于容器内，启动驱动件并使圆柱金属基体于驱动件的作用旋转并改变圆柱金属基体设置含²⁰⁹Bi的化合物的区域与Be靶的相对位置。本发明在圆柱金属基体的侧面设置的是含²⁰⁹Bi的化合物，该设置不涉及放射性操作，操作方便且能确保操作人员的安全，且可通过控制圆柱金属基体的旋转角度和驱动件输出轴的转速来控制中子发射的强度以及频率，从而解决现有的同位素中子源存在的中子发射难以控制、结构复杂和使用不便等问题。

Description

可控210Po-Be同位素中子源的生产方法及可控210Po-Be同位素 中子源

技术领域

本发明涉及同位素中子源生产技术领域，尤其涉及一种可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法及可控²¹⁰Po-Be同位素中子源。

背景技术

中子源是能释放出中子的装置，从手持放射性源到中子研究设施的研究堆和裂变源的中子源具有较大差异。根据中子的能量、中子注量率、设备的大小，花费和政府的管制的差异，不同规格的中子源能广泛地适用于物理、工程、医药、核武器、石油勘探、生物、化学、核动力和其他工业中。

中子源通常包括同位素中子源、加速器中子源、反应堆中子源和等离子体中子源。其中同位素中子源主要基于以下三种核反应：(α，n)反应、(γ，n)反应和自发裂变。前两种是利用放射性核素衰变时放出一定能量的射线，去轰击某些靶物质，产生核反应而放出中子。

传统(α，n)型同位素中子源具有体积小、寿命长、伴随γ射线剂量率低、中子能量高的优点，但传统(α，n)型同位素中子源是将重核α粒子发射体与Be粉紧密混合，混合之后无法分开它们，使中子发射不可控制。因该中子发射不可控制和中断，所以必须在中子源的周围添加笨重的屏蔽层，给中子源的移动和使用带来诸多不便；同时，不可控制的中子源在使用中会给工作人员造成更多的辐射剂量，一旦发生丢失也会导致更严重的辐射安全风险。因此，将同位素中子源制成结构轻便、成本低、安全性高、稳定性好、中子通量可调的可控装置，已经逐渐成为同位素中子源的重要发展方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法及²¹⁰Po-Be同位素中子源，以解决现有的同位素中子源存在的中子发射难以控制、结构复杂和使用不便等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法，包括如下的依次步骤：

(1)提供容器、驱动件、圆柱金属基体和Be靶；

(2)在圆柱金属基体侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi的化合物；

(3)对圆柱金属基体进行辐照处理；

(4)将Be靶和圆柱金属基体隔离放置于容器内，启动驱动件并使圆柱金属基体于驱动件的作用旋转并改变圆柱金属基体设置含²⁰⁹Bi的化合物的区域与Be靶的相对位置。其中，驱动件可以为电机，辐照处理为中子辐照处理。

较佳地，步骤(2)可以为在圆柱金属基体侧面的一半区域连续设置含²⁰⁹Bi的化合物。可将²⁰⁹Bi的化合物通过涂覆、镀膜及其他固定方式设置于圆柱金属基体侧面。因²⁰⁹Bi受中子辐照后生成²¹⁰Bi，²¹⁰Bi衰变生成²¹⁰Po，²¹⁰Po衰变发射出α粒子，²¹⁰Po发射的α粒子与Be靶作用而产生中子，充分利用圆柱金属基体侧面设置更多的含²⁰⁹Bi的化合物，能增强中子束脉冲的强度。

较佳地，步骤(3)为将圆柱金属基体送入反应堆进行辐照，具体地，步骤(3)可为将圆柱金属基体封装于包壳管内，并将包壳管插入核电站反应堆燃料组件的控制棒导向管或仪表管内进行辐照，辐照处理为中子辐照处理。在核电站反应堆燃料组件中能安全、方便地对圆柱金属基体侧面设置的含²⁰⁹Bi的化合物进行辐照处理。

较佳地，步骤(4)中圆柱金属基体与Be靶之间的距离小于²¹⁰Po同位素α粒子发射体的射程，圆柱金属基体与Be靶之间的距离小于²¹⁰Po同位素α粒子发射体的射程时，²¹⁰Po发射的α粒子能与Be靶作用而产生中子。

本发明还提供了一种可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，包括容器、驱动件、圆柱金属基体和Be靶，圆柱金属基体和Be靶隔离设置于容器内，驱动件的输出轴固定于圆柱金属基体并能驱动圆柱金属基体旋转，圆柱金属基体侧面的部分区域设置含²¹⁰Po的涂覆层。可控²¹⁰Po-Be同位素中子源是指²¹⁰Po-Be同位素中子源的中子束脉冲强度和频率以及中子发射的开关控制等为可控的，中子发射的开关控制是指当圆柱金属基体含²⁰⁹Bi区域与Be靶分离时，不发射中子。

优选的，圆柱金属基体侧面的部分区域连续设置含²¹⁰Po的涂覆层。

较佳地，圆柱金属基体为圆柱锆合金基体。圆柱锆合金基体对中子的吸收能力弱，降低对生成中子的吸收。

较佳地，圆柱金属基体的中心开设固定孔，驱动件的输出轴与固定孔固定。固定孔的内壁可以设置螺纹。

较佳地，Be靶与圆柱金属基体相对的面为圆弧面状或多边形，当Be靶与圆柱金属基体相对的面为圆弧面状时，Be靶的圆弧面状可构成的圆柱体的对称轴与圆柱金属基体的对称轴重叠，这样圆柱金属基体与Be靶的距离不变。

较佳地，Be靶为Be金属片或镀有Be金属的金属片。

与现有技术相比，在本发明的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法采用了圆柱金属基体且在其侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi的化合物，设置含²⁰⁹Bi的化合物的处理不涉及放射性操作，因而操作方便且能确保操作人员的安全，经辐照处理后，²⁰⁹Bi经中子辐照生成²¹⁰Bi，²¹⁰Bi易衰变生成²¹⁰Po，²¹⁰Po衰变发射出α粒子。因圆柱金属基体侧面的²⁰⁹Bi化合物受中子辐照后最终衰变成²¹⁰Po，当启动驱动件并使圆柱金属基体于驱动件的作用旋转并改变圆柱金属基体设置含²⁰⁹Bi的化合物的区域与Be靶的相对位置时，圆柱金属基体侧面有规律地靠近和远离Be靶，²¹⁰Po发射的α粒子与Be靶作用而产生中子，通过控制圆柱金属基体的旋转角度来控制中子发射的强度，也能通过控制驱动件输出轴的转速，获得不同频率且稳定的中子束脉冲，并且，按照本发明的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法生产的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源具有结构简单、中子束脉冲强度和频率以及中子发射的开关可控、性能稳定、移动方便、安全可靠等优点。

附图说明

图1为可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的部分剖视图；

图2为圆柱金属基体的结构示意图；

图3为圆柱金属基体与包壳管装配的部分剖视图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式作进一步说明。

本发明可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法的实施例包括如下的依次步骤：

(1)提供容器、驱动件、圆柱金属基体和Be靶；

(2)在圆柱金属基体侧面的一半区域连续设置含²⁰⁹Bi的化合物；

(3)对圆柱金属基体进行中子辐照处理；

(4)将Be金属片和圆柱金属基体隔离放置于容器内，启动驱动件并使圆柱金属基体于驱动件的作用旋转并改变圆柱金属基体设置含²⁰⁹Bi的化合物的区域与Be金属片的相对位置。

其中，圆柱金属基体为圆柱锆合金基体，步骤(3)为将圆柱金属基体封装于包壳管内，并将包壳管插入核电站反应堆燃料组件的控制棒导向管或仪表管内进行辐照，圆柱金属基体与Be靶之间的距离小于²¹⁰Po同位素α粒子发射体的射程。

下面结合附图进一步说明本发明的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源。

请参照图1，可控²¹⁰Po-Be同位素中子源装置100包括容器1、驱动件2、圆柱金属基体3和Be靶4，圆柱金属基体3和Be靶4设置于容器1内，驱动件2的输出轴21固定于圆柱金属基体3并能驱动圆柱金属基体3旋转，具体地，驱动件2的输出轴21穿过容器1与圆柱金属基体3固定并能驱动圆柱金属基体3旋转，圆柱金属基体3侧面的部分区域连续设置含²¹⁰Po的涂覆层31。具体地，驱动件2可以为电机，驱动件2驱动输出轴21旋转进而带动圆柱金属基体3旋转，圆柱金属基体3含²¹⁰Po的涂覆层31的侧面有规律地靠近和远离Be靶4，使²¹⁰Po与Be靶4之间间断式相互作用，²¹⁰Po发射的α粒子与Be靶4中的⁹Be作用而产生中子。通过控制圆柱金属基体3的旋转角度来控制中子发射的强度，也能通过控制驱动件2的输出轴21的转速，获得不同频率且稳定的中子束脉冲。

请参照图1和图2，驱动件2的输出轴21与圆柱金属基体3固定，具体地，圆柱金属基体3的中心开设固定孔32，驱动件2的输出轴21与固定孔32固定。固定孔32的内壁可以设置螺纹，固定孔32位于圆柱金属基体3的一端，此实施例固定孔32为通孔，驱动件2的输出轴21穿过容器1的顶部与圆柱金属基体3的通孔固定，驱动件2可驱动输出轴21旋转，进而带动圆柱金属基体3旋转，圆柱金属基体3侧面的一半区域连续设置含²¹⁰Po的涂覆层31，含²¹⁰Po涂覆层31能发射的α粒子与Be靶4中的⁹Be作用而产生中子。²¹⁰Po-Be同位素中子源100可通过控制含²¹⁰Po涂覆层31的圆柱金属基体3的旋转角度来控制中子发射的强度，也可通过控制驱动件2的输出轴21的转速，获得不同频率且稳定的中子束脉冲，并且本发明的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源100具有结构简单、性能稳定、移动方便、安全可控等优点。

具体地，圆柱金属基体3可以为圆柱锆合金基体，圆柱锆合金基体对中子的吸收能力弱，降低对生成中子的吸收。

需要进一步说明的是，Be靶4可为Be金属片或镀有Be金属的金属片，Be靶4与圆柱金属基体3相对的侧面为圆弧面状或多边形，此实施例Be靶4选用圆弧面状的Be金属片，且Be靶4的圆弧面状可构成的圆柱体的对称轴与圆柱金属基体3的对称轴重叠(如图1所示)，这样圆柱金属基体3与Be靶4之间的距离不变。Be靶4通过支撑件41与容器1的底部固定，圆柱金属基体3的侧面与Be靶4相对，较佳地，圆柱金属基体3与Be靶4之间的距离小于²¹⁰Po同位素α粒子发射体的射程，圆柱金属基体3的侧面设置含²¹⁰Po的涂覆层31，可以是含²¹⁰Po的涂覆层31连续分布于圆柱金属基体3的部分侧面，也可以是间断式分布，具体情况是需要产生的中子脉冲而定，此实施例的含²¹⁰Po的涂覆层31是连续分布于圆柱金属基体3的侧面的一半区域。对于圆柱金属基体3侧面的含²¹⁰Po的涂覆层31的形成，首先是在圆柱金属基体3的侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi的化合物，该设置可通过涂覆、镀膜及其他固定方式进行，其不涉及放射性操作，操作方便且能确保操作人员的安全，经中子辐照处理后，²⁰⁹Bi生成²¹⁰Bi，²¹⁰Bi易衰变生成²¹⁰Po，这就在圆柱金属基体3的侧面形成含²¹⁰Po的涂覆层31。

对于圆柱金属基体3的侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi化合物后的中子辐照处理，请参照图3，在圆柱金属基体3的侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi化合物后，将圆柱金属基体3送入反应堆进行辐照，具体地，将圆柱金属基体3置于包壳管5内，包壳管5的内径略大于或等于圆柱金属基体3的外径，在包壳管5可容纳多个圆柱金属基体3，以增加含²¹⁰Po涂层31的圆柱金属基体3的制造速率，包壳管5两端分别固定设置上端塞51和下端赛52以将包壳管5密封，上端塞51和下端赛52与包壳管5的固定方式可以是螺纹固定、氦弧焊焊接或卡合固定等，再将包壳管5插入核电站反应堆燃料组件的控制棒导向管或仪表管内进行辐照处理。

以上所揭露的仅为本申请的较佳实例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，均属于本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法，其特征在于，包括如下的依次步骤：

(1)提供容器、驱动件、圆柱金属基体和Be靶；

(2)在所述圆柱金属基体侧面的部分区域设置含²⁰⁹Bi的化合物；

(3)对所述圆柱金属基体进行辐照处理；

(4)将所述Be靶和所述圆柱金属基体隔离放置于所述容器内，启动所述驱动件并使所述圆柱金属基体于所述驱动件的作用旋转并改变所述圆柱金属基体设置含²⁰⁹Bi的化合物的区域与所述Be靶的相对位置。

2.根据权利要求1所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法，其特征在于，步骤(3)为将所述圆柱金属基体送入反应堆进行辐照。

3.根据权利要求1所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源的生产方法，其特征在于，步骤(4)中所述圆柱金属基体与所述Be靶之间的距离小于²¹⁰Po同位素α粒子发射体的射程。

4.一种可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，包括容器、驱动件、圆柱金属基体和Be靶，所述圆柱金属基体和所述Be靶隔离设置于所述容器内，所述驱动件的输出轴固定于所述圆柱金属基体并能驱动所述圆柱金属基体旋转，所述圆柱金属基体侧面的部分区域设置含²¹⁰Po的涂覆层。

5.根据权利要求4所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，所述圆柱金属基体侧面的部分区域连续设置含²¹⁰Po的涂覆层。

6.根据权利要求4所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，所述圆柱金属基体为圆柱锆合金基体。

7.根据权利要求4所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，所述圆柱金属基体的中心开设固定孔，所述驱动件的输出轴与所述固定孔固定。

8.根据权利要求4所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，所述Be靶与所述圆柱金属基体相对的面为圆弧面状或多边形。

9.根据权利要求8所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，所述Be靶与所述圆柱金属基体相对的面为圆弧面状，所述Be靶的圆弧面状可构成的圆柱体的对称轴与所述圆柱金属基体的对称轴重叠。

10.根据权利要求4所述的可控²¹⁰Po-Be同位素中子源，其特征在于，所述Be靶为Be金属片或镀有Be金属的金属片。