CS256682B1 - Způsob ozařováníterčů v cyklotronu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká oboru jaderné urychlovací techniky a řeší problém zvětšení stopy svazku iontů na ozařovaném terči s cílem snížit hustotou tepelného toku. Podstata spočívá v tom, že do oblasti urychlování iontů se umístí alespoň jeden rovinný terč tak, že jeho pracovní plocha svírá s hlavní normálou ke střední trajektorii iontů v místě terče úhel a , jehož velikost je dána výškou svazku iontů a požadovaným radiálním rozměrem stopy svazku iontů na terči podle vztahu, že sin a je roven poloviční výšce svazku iontů dělené radiálním rozměrem stopy svazku iontů, a že ionty se nechají dopadat na terč pod úhlem β , který se na začátku ozařování nastaví podle rozprostření stopy svazku iontů po pracovní ploše terče v mezích O °C až 4 °C, přičemž volbou úhlů a , β se mění rozměry stopy svazku iontů a její rozložení po pracovní ploše terče.

Description

Vynález se týká způsobu ozařováni terčů v cyklotronu svazkem urychlených iontů.

Ozařování terčů na cyklotronech slouží potřebám společenské praxe, cirkulujícím iontovém svazku uvnitř urychlovací komory nebo na vnějším, ném a na příslušné místo transportovaném svazku. Vzájemná poloha svazku na jeho fyzikálních vlastnostech a proudovém zatížení se volí buá kolmá pevná nebo proměnná, např. kmitavá nebo rotační.

Provádí se na z cyklotronu vyvedea terče v závislosti nebo tangenciální,

V praxi, vzhledem k řadě specifických potíží, je nejvíce používáno ozařování na vnějším svazku. Tento způsob umožňuje snadno nastavovat rozměr a polohu stopy svazku, měnit polohu terče, zajištovat jeho intenzivní chlazení, rychlou výměnu apod.

Omezujícími faktory jsou účinnost vývodu, tj. 50 až 70 %, a přípustná zátěž extrakčního systému. To limituje hodnotu vnějšího proudu ve svazku a zvyšuje např. náklady na produkci radioizotopů.

Oproti tomu ozařování terčů cirkulujícím svazkem umožňuje jeho plné využití. V tomto případě hlavním omezující faktorem je vysoká proudová hustota cirkulujícího svazku, způsobující 5 2 zejména u izochronních cyklotronů tepelné zatížení terče tokem o hustotě 10 W/cm i vyšší.

Při tak vysokých zátěžích dochází k tepelnému rozrušování terčového materiálu. Problém uspokojivě neřeší ani rotační tangenciální terče.

Potíže spojené s vysokými proudovými hustotami vnitřního iontového svazku lze výrazně zmenšit způsobem ozařování terčů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do oblasti urychlování iontů se umístí alespoň jeden rovinný terč tak, že jeho pracovní plocha svírá s hlavní normálou ke fetřední trajektorii iontů v místě terče úhel alfa, jehož velikost je dána výškou svazku iontů a požadovaným radiálním rozměrem stopy svazku iontů na terči podle vztahu, že sin alfa je roven poloviční výšce svazku iontů dělené radiálním rozměrem stopy svazku iontů, a že ionty se nechají dopadat na terč pod úhlem beta, který se na začátku ozařování nastaví podle rozprostření stopy svazku iontů po pracovní ploše terče v mezích 0° až-4°, přičemž volbou úhlů alfa, beta se mění rozměry stopy svazku iontů a její rozložení po pracovní ploše terče.

Výhodou způsobu podle vynálezu je zejména možnost zvětšení stopy svazku iontů na terči, čímž lze snížit hustotu tepelného toku na terč, tim je umožněno použít vyššího proudu iontového svazku, což má za následek zkráceni ozařovací doby. Dále je umožněno ozařování více terčů najednou, čímž se zefektivní využiti cyklotronu.

K lepšímu pochopení provádění způsobu podle vynálezu je na připojeném výkresu na obr. 1 schematicky znázorněno umístění terče ve svazku iontů v bočním pohledu a na obr. 2 v pohledu od středu cyklotronu.

Ve svazku _1 iontů o výšce 11 je uložena pracovní plocha 22 rovinného terče 2 pod úhlem alfa vůči střední rovině 5 cyklotronu. Radiální rozměr 21 stopy svazku χ iontů je dán rozdílem radiálních souřadnic R . a R_.„ vnitřního a vnějšího okraje stopy svazku 1 iontů min max ⁴ — a výškou 11 svazku i iontů. Směr 4^ pohybu iontů kolem osy 3 cyklotronu svírá s pracovní plochou 22 ozařovaného terče 2 úhel beta.

Způsob podle vynálezu se provádí tak, že do svazku 1. iontů se umístí rovinný terč 2, a to takovým způsobem, že jeho zadní hrana ve smyslu pohybu iontů svírá se střední rovinou 5 cyklotronu úhel alfa a ionty dopadají na terč 2 pod úhlem beta tak, aby bylo dosaženo rozprostřeni stopy svazku po pracovní ploše 22 rovinného terče 2. Stopa svazku dopadajícího na terč 2 je rozložena v rozmezí poloměrů od do R_max· Vlivem axiálních kmitů iontů je okraj stopy svazku 1_ iontů na poloměru R_m^_n bombardován ionty s maximální vertikální odchylkou od střední roviny !5 cyklotronu, zatímco na okraj R_max dopadají ionty, pohybující se ve střední rovině 5 cyklotronu.

Zavedením úhlů alfa a beta jsou rozměry stopy svazku χ iontů na terči 2 mnohonásobně větší než příčný průřez cirkulujícího svazku 2 iontů. To vede k úměrnému snížení plošného tepelného zatížení terče 2, eventuálně ke zvýšení přípustné hodnoty intenzity svazku 2 iontů. Rozmezí poloměrů R_m£_nr ^Rmax ^a odpovídajících energií lze regulovat velikosti úhlu alfa Protože ionty dopadají na terč 2_ pod malými úhly, zmenšuje se tloušňka ozařované vrstvy, a tím se snižuje potřebné množství ozařovaného materiálu.

Příklad

Příkladem uplatnění vynálezu je ozařování terčů při produkci izotopu v reakci θΖη /p, 2n/ 6?Ga na izochronním cyklotronu U-120 M Ostavu jaderné fyziky ČSAV. Svazkem protonů o energii 35 MeV se střední intenzitou 100 ^iA je ozařován rovinný, vodou chlazení terč obdélníkového tvaru 50 x 28 mm s galvanicky naneseným kovovým zinkem o tlouštce 0,25 mm. Při úhlu alfa = 5° je ozařovaná plocha cca 40 x 28 mm. Náklon terče je dán úhlem beta = 2°.

Po 20 h ozáření terč nejeví stopy poškození.

Popsaný způsob ozařování terčů dovoluje provádět současné ozařování dvou a více terčů umístěných na různých poloměrech. Vzdálenosti prvého terče 2 °ú střední roviny 2 cyklotronu je dáno množství iontů zachycených tímto terčem a současně prováděna vertikální kolimace svazku. Radiální poloha druhého terče musí být taková, že jeho R . ke větší než R prvého ^{Γ J} mm max ^c terče. Obdobný vztah musí platit pro radiální polohy druhého a třetího terče, atd. Azimutální polohy terčů mohou být různé.

Rozložení hustoty iontů po stopě svazku na terči závisí jednak na úhlech alfa a beta, jednak na rozložení iontů podle amplitud vertikálních kmitů, na frekvenci vertikálních kmitů, na radiálním pohybu svazku. Proto lze údaje o stopě svazku na terči použít zpětně k diagnostice vertikálního pohybu iontů v urychlovaném svazku.

Způsobu podle vynálezu je možno použít, zejména pří výrobě radioizotopů.

Claims (1)

1. Způsob ozařování terčů v cyklotronu svazkem urychlených iontů, vyznačený tím, že do oblasti urychlování iontů se umístí alespoň jeden rovinný terč tak, že jeho pracovní plocha svírá s hlavní normálou ke střední trajektorii iontů v místě terče úhel alfa, jehož velikost je dána výškou svazku iontů a požadovaným radiálním rozměrem stopy svazku iontů na terči podle vztahu, že sin alfa je roven poloviční výšce svazku iontů dělené radiálním rozměrem stopy svazku iontů, a že ionty se nechají dopadat na terč pod úhlem beta, který se na začátku ozařování nastaví podle rozprostření stopy svazku iontů po pracovní ploše terče v mezích 0°až 4°, přičemž volbou úhlů alfa, beta se mění rozměry stopy svazku iontů a její rozložení po pracovní ploše terče.