RU2785303C2 - Stand modeling thermal processes in targets in development of radioisotopes, using intensive protonic bundles - Google Patents
Stand modeling thermal processes in targets in development of radioisotopes, using intensive protonic bundles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785303C2 RU2785303C2 RU2021127028A RU2021127028A RU2785303C2 RU 2785303 C2 RU2785303 C2 RU 2785303C2 RU 2021127028 A RU2021127028 A RU 2021127028A RU 2021127028 A RU2021127028 A RU 2021127028A RU 2785303 C2 RU2785303 C2 RU 2785303C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- node
- window
- targets
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-VENIDDJXSA-N strontium-82 Chemical compound [82Sr] CIOAGBVUUVVLOB-VENIDDJXSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- -1 rubidium-chlorine salt Chemical compound 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005472 transition radiation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике, используемой для получения радиоизотопов, а именно к устройствам, моделирующим тепловые процессы, протекающие в мишенях при наработке радиоизотопов.SUBSTANCE: invention relates to technique used for production of radioisotopes, namely to devices simulating thermal processes occurring in targets during production of radioisotopes.
Радиоизотопы для медицины нарабатываются при облучении мишени высокоинтенсивным протонным пучком, что сопровождается большим тепловыделением в мишени и высоким уровнем наведенной активности на оборудовании.Radioisotopes for medicine are produced by irradiating a target with a high-intensity proton beam, which is accompanied by a large heat release in the target and a high level of induced activity on the equipment.
Известен способ получения изотопов стронция Sr-82 и германия Ge-68 при облучении соли рубидий-хлор и металлического галлия [TARGETRY AT THE LANL 100 MeV ISOTOPE PRODUCTION FACILITY: LESSONS LEARNED FROM FACILITY COMMISSIONING * F.M. Nortier1, M. E. Fassbender+1, M. DeJohn3, V. T. Hamilton1, R. C. Heaton1, D. J., Jamriska1, J. J. Kitten1, J.W. Lenz2, С. E. Lowe1, C.F. Moddrell3, L. M. McCurdy1, E. J., Peterson1, L. R. Pitt1, D. R. Phillips1, L. L. Salazar1, P.A. Smith3 and F. O. Valdez1, Los Alamos National Laboratory, MS J514, Los Alamos, New Mexico 87545, USA., John W. Lenz & Associates, 412 Muskingum Road, Wax-ahachie, TX 75165, P.A. Smith Concepts & Designs, 1475 Central Ave. Suite 250, Los Alamos, New Mexico 87544].A known method for producing isotopes of strontium Sr-82 and germanium Ge-68 by irradiation of rubidium-chlorine salt and metallic gallium [TARGETRY AT THE
Также известен способ получения изотопа стронция Sr-82 при облучении мишени из металлического рубидия, помещенного внутри герметичной капсулы из нержавеющей стали [Жуйков Б.Л., Коханюк В.М., Глущенко В.Н. и др. Получение стронция-82 из мишени металлического рубидия на пучке протонов с энергией 100 МэВ. - Радиохимия, 1994, том 36, стр. 494-498]. Способ выбран за прототип. Теплосъем с поверхности мишени осуществляется посредством принудительного водяного охлаждения. Эти мишени облучаются пучком протонов с энергией порядка 100 МэВ, током пучка 100 - 250 мкА с тепловыделением 3-7 кВт в каждой мишени. На рисунке 1 приведено схемное решение и фото сборки с характерными размерами порядка D = 40-50 мм. Мишень представляет собой герметичную металлическую капсулу с помещенным в ней рабочим веществом. Характерные размеры мишени: диаметр 25-50 мм, толщина 10-20 мм.Also known is a method for producing the strontium isotope Sr-82 by irradiating a target of metallic rubidium placed inside a sealed stainless steel capsule [Zhuykov B.L., Kokhanyuk V.M., Glushchenko V.N. Obtaining strontium-82 from a target of metallic rubidium on a proton beam with an energy of 100 MeV. - Radiochemistry, 1994, volume 36, pp. 494-498]. The method is chosen for the prototype. Heat removal from the target surface is carried out by means of forced water cooling. These targets are irradiated with a proton beam with an energy of the order of 100 MeV, a beam current of 100–250 μA, and a heat release of 3–7 kW in each target. Figure 1 shows a circuit design and a photo of an assembly with characteristic dimensions of the order of D = 40–50 mm. The target is a sealed metal capsule with the working substance placed in it. Typical dimensions of the target: diameter 25-50 mm, thickness 10-20 mm.
Повышение тока пучка позволяет увеличить наработку изотопов, однако при этом возрастает тепловая нагрузка на систему охлаждения, что в итоге может привести к кризису теплосъема и, как следствие, к разрушению корпуса мишени. Поэтому для увеличения тока предварительно необходимо изучить процесс охлаждения корпуса мишени во время облучения большим током протонного пучка. Ограничиваться только расчетами не достаточно и не безопасно, т.к. не существует надежной расчетной модели высокоинтенсивного теплосъема. Необходимо экспериментальное изучение тепловых процессов в мишени. Моделировать тепловые процессы на протонном пучке, во-первых, не безопасно и приводит к высокой активации конструкционных материалов, во-вторых, проводить такие исследования на мишенной станции при эксплуатации циклотрона в условиях действующего производства является нарушением технологического регламента. Технической проблемой известных решений является то, что необходимо провести стендовые испытания с моделью мишени, имеющей те же размеры корпуса и изготовленной из того же материала, что и корпус реальной мишени. На стенде необходимо создать безопасным способом уровни тепловыделений и условия охлаждения мишеней аналогичные реальным. Опыт показывает, что простым способом - спиралью с электрическим подогревом подвести мощность 9 кВт к мишени (с характерными размерами D = 50 мм, толщина h = 10-20 мм), практически невозможно.An increase in the beam current makes it possible to increase the production of isotopes, but in this case, the thermal load on the cooling system increases, which can ultimately lead to a heat removal crisis and, as a result, to the destruction of the target body. Therefore, to increase the current, it is first necessary to study the process of cooling the target body during irradiation with a high current of the proton beam. It is not enough and not safe to be limited only to calculations. there is no reliable calculation model of high-intensity heat removal. It is necessary to experimentally study the thermal processes in the target. Simulating thermal processes on a proton beam, firstly, is not safe and leads to high activation of structural materials, and secondly, to conduct such studies at a target station during the operation of a cyclotron in the conditions of an existing production is a violation of the technological regulations. The technical problem of the known solutions is that it is necessary to carry out bench tests with a target model having the same body dimensions and made of the same material as the real target body. On the stand, it is necessary to create in a safe way the levels of heat release and cooling conditions of the targets similar to the real ones. Experience shows that it is practically impossible to supply a power of 9 kW to a target (with characteristic dimensions D = 50 mm, thickness h = 10-20 mm) in a simple way - with an electrically heated coil.
Задачей изобретения является устранение указанной технической проблемы.The objective of the invention is to eliminate this technical problem.
Технический результат изобретения: возможность безопасным способом уточнять конструктивные особенности мишеней и параметры теплосъема водяным охлаждением с мишеней, нарабатывающих изотопы.The technical result of the invention: the ability to safely specify the design features of the targets and the parameters of heat removal by water cooling from targets producing isotopes.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен стенд, моделирующий тепловые процессы в мишенях при наработке радиоизотопов с помощью интенсивных протонных пучков, содержащий узел с окном для подачи пучка, в котором жестко закреплена мишень, к которой подключен температурный датчик, причем между окном и мишенью расположен проточный контур гидросистемы охлаждения, в каналах входа и выхода из узла которой установлены температурные датчики, а сама гидросистема охлаждения входом и выходом замкнута в установке охлаждения жидкости с термостатом, выполненным с возможностью держать заданный температурный режим охлаждающей воды на входе мишенной сборки; все температурные датчики подключены к регистратору, который выполнен с возможностью фиксации температуры каждого датчика в режиме реального времени и с возможностью подключения к компьютеру, отличающаяся тем, что в окно узла направлен канал выпуска пучка электронов, а узел смонтирован на выходном фланце электронного ускорителя, между окном узла и проточным контуром установлена стальная мембрана.The specified technical result is achieved due to the fact that a stand is claimed that simulates thermal processes in targets during the production of radioisotopes using intense proton beams, containing a node with a window for beam supply, in which a target is rigidly fixed, to which a temperature sensor is connected, and between the window and the target is a flow circuit of the hydraulic cooling system, in the channels of the inlet and outlet of the node of which temperature sensors are installed, and the hydraulic system of cooling by the inlet and outlet is closed in the liquid cooling unit with a thermostat configured to maintain the specified temperature regime of the cooling water at the inlet of the target assembly; all temperature sensors are connected to the recorder, which is designed to record the temperature of each sensor in real time and with the ability to connect to a computer, characterized in that the electron beam outlet channel is directed into the node window, and the node is mounted on the output flange of the electron accelerator, between the window node and the flow circuit is equipped with a steel membrane.
Предпочтительно, на выходе из узла за температурным датчиком и до входа в установку охлаждения жидкости установлен расходомер.Preferably, a flow meter is installed at the outlet of the assembly behind the temperature sensor and before entering the liquid cooling unit.
Мембрана может быть выполнена толщиной 0.5 мм и диаметром 50 мм. Краткое описание чертежейThe membrane can be made with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 50 mm. Brief description of the drawings
На Фиг. 1 показана мишенная сборка, облучаемая электронным пучком и охлаждаемая водой.On FIG. 1 shows a target assembly irradiated with an electron beam and cooled with water.
На Фиг. 2 показано схематическое изображение установки для изучения высокоинтенсивного теплообмена на границе твердое тело - вода.On FIG. 2 shows a schematic representation of a setup for studying high-intensity heat transfer at the solid-water interface.
На Фиг. 3 показано изображение и профиль пучка при выключенных квадрупольных линзах.On FIG. Figure 3 shows the image and beam profile with the quadrupole lenses turned off.
На Фиг. 4 показано изображение и профиль пучка в случае максимальной фокусировки.On FIG. 4 shows the image and beam profile in the case of maximum focusing.
На Фиг. 5 показано изображение и профиль пучка в случае максимальной дефокусировки.On FIG. 5 shows the image and beam profile in the case of maximum defocusing.
На Фиг. 6 показана фотография рабочей модели электронного ускорителя, используемого для стенда.On FIG. 6 shows a photograph of the working model of the electron accelerator used for the bench.
На Фиг. 7 показан рабочий пример сборки мишенного узла перед монтажом на ускоритель.On FIG. 7 shows a working example of the assembly of the target assembly before mounting on the accelerator.
На Фиг. 8 показан пример мишенного узла, смонтированного на выходном фланце ускорителя.On FIG. 8 shows an example of a target assembly mounted on the output flange of the accelerator.
На Фиг. 9 показан пример мишенного узла, обложенный защитными свинцовыми блоками.On FIG. 9 shows an example of a target assembly overlaid with protective lead blocks.
На Фиг. 10 показана медная мишень после облучения.On FIG. 10 shows a copper target after irradiation.
На Фиг. 11 показана разделительная мембрана вода-вакуум после облучения. На чертежах: 1 - мишень, 2 - температурные датчики, 3 - выходной фланец электронного ускорителя, 4 - электронный пучок (10 МэВ, Р = 5-10 кВт), 5 - контур водяного охлаждения, 6 - входной поток системы водяного охлаждения, 7 - выходной поток системы водяного охлаждения, 8 - окно узла, 9 - тонкая стальная мембрана, 10 - регистратор, 11 - компьютер, 12 - видеокамера, 13 - установка охлаждения жидкости с термостатом (чиллер), 14 -расходомер.On FIG. 11 shows the water-vacuum separation membrane after irradiation. On the drawings: 1 - target, 2 - temperature sensors, 3 - output flange of the electron accelerator, 4 - electron beam (10 MeV, P = 5-10 kW), 5 - water cooling circuit, 6 - inlet flow of the water cooling system, 7 - outlet flow of the water cooling system, 8 - node window, 9 - thin steel membrane, 10 - recorder, 11 - computer, 12 - video camera, 13 - liquid cooling unit with thermostat (chiller), 14 - flow meter.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Стенд, моделирующий тепловые процессы в мишенях при наработке радиоизотопов с помощью интенсивных протонных пучков, содержит узел с окном для подачи пучка, в котором жестко закреплена мишень 1 (см. Фиг. 1, Фиг. 2).The stand, which simulates thermal processes in targets during the production of radioisotopes using intense proton beams, contains a node with a beam supply window, in which
К мишени 1 подключен температурный датчик 2, причем между окном и мишенью расположен проточный контур 5 гидросистемы охлаждения, в каналах входа 6 и выхода 7 из узла которой также установлены температурные датчики 2. Все температурные датчики 2 подключены к регистратору 10, который выполнен с возможностью фиксации температуры каждого датчика в режиме реального времени и с возможностью подключения к компьютеру 11. На компьютере 11 собирают и анализируют данные, при необходимости используют видеокамеру слежения 12 за стендом, которую подключают к компьютеру. Сама гидросистема охлаждения замкнута в установке охлаждения 13 жидкости с термостатом (чиллере), выполненным с возможностью держать заданный температурный режим охлаждающей воды на входе мишенной сборки.A
Новым является то, что в окно узла 8 направлен канал выпуска пучка электронов 4, а узел смонтирован на выходном фланце 3 электронного ускорителя.What is new is that the electron
Предпочтительно, на выходе 7 из узла за температурным датчиком 2 и до входа в установку охлаждения 13 жидкости установлен расходомер 14.Preferably, a
Задача создания полей тепловыделений решается созданием охлаждаемой мишенной сборки, к которой мощность подводится пучком электронов 4 с энергией до 10 МэВ (мощностью до 10 кВт), как показано на Фиг. 1. Использование электронного пучка позволяет моделировать тепловыделение в мишени аналогичное тому, что и на протонном пучке, однако уровни наведенной активности при этом будут существенно ниже. Исследования работоспособности устройства были проведены на стенде №4 НИИЯФ МГУ. Ускоренный пучок имеет параметры, представленные в таблице 1. Средняя мощность регулируется частотой следования импульсов и при максимальной частоте 100 Гц составляет 3,2 кВт.The task of creating heat release fields is solved by creating a cooled target assembly, to which power is supplied by an
Параметры пучка электронного ускорителя.Electron accelerator beam parameters.
На выводе ускорителя установлена пара квадрупольных линз для формирования поля облучения. Поперечный размер пучка определяется по изображению переходного излучения на титановой фольге вывода пучка посредством металлического зеркала и камеры «Видеоскан-415». На Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5 показаны изображения пучка и его профили в горизонтальной и вертикальной плоскостях в случаях соответственно выключенных квадрупольных линз, максимальной фокусировке пучка и максимальной дефокусировке пучка. Как видно из Фиг. 3 - Фиг. 5 σ можно варьировать в диапазоне от 0,8 мм до 5 мм. В эксперименте использована конфигурация с максимально расфокусированным пучком, среднеквадратичный радиус в горизонтальной плоскости составил 5,08±0,29 мм, в вертикальной - 3,94±0,28 мм.A pair of quadrupole lenses is installed at the output of the accelerator to form the irradiation field. The transverse size of the beam is determined from the image of the transition radiation on the titanium foil of the beam extraction by means of a metal mirror and a Videoscan-415 camera. On FIG. 3, Fig. 4, FIG. Figure 5 shows images of the beam and its profiles in the horizontal and vertical planes in the cases of turned off quadrupole lenses, maximum beam focusing, and maximum beam defocusing, respectively. As can be seen from FIG. 3 - Fig. 5 σ can be varied in the range from 0.8 mm to 5 mm. In the experiment, a configuration with a maximum defocused beam was used, the root-mean-square radius in the horizontal plane was 5.08±0.29 mm, and in the vertical plane, 3.94±0.28 mm.
Охлаждение исследуемого мишенного узла обеспечивал чиллер 13, поддерживающий температуру охлаждающей воды на уровне 28°, поток 50 л/мин и давление 3,5бар. Мощность пучка регулировалась частотой следования импульсов, начиная с 10 Гц до 80 Гц с шагом 10 Гц, что соответствует диапазону мощностей 320 - 2560 Вт с шагом 320 Вт.The target assembly under study was cooled by
Мишенный узел.Target node.
Схема мишенного узла, моделирующего с помощью интенсивных электронных пучков тепловые процессы в мишенях, показана на Фиг. 2. Тонкая стальная мембрана 9 (см. Фиг. 1) отсекает вакуум ускорителя от потока воды (выделено голубым цветом), охлаждающей эту мембрану и мишень 1. Мембрана 9 может быть выполнена, например, толщиной 0.5 мм и диаметром 50 мм.The scheme of the target assembly, which simulates thermal processes in targets using intense electron beams, is shown in Fig. 2. A thin steel membrane 9 (see Fig. 1) cuts off the vacuum of the accelerator from the flow of water (highlighted in blue) cooling this membrane and
В эксперименте использовались мишени двух типов. Медная мишень толщиной по пучку 10 мм и диаметром 25 мм. Мишень с одной стороны охлаждается потоком воды. Температура мишени контролируется с другой стороны мишени с помощью термопары. При этом для медной мишени контролировалась температура только в центральной области мишени.Two types of targets were used in the experiment. Copper target with a beam thickness of 10 mm and a diameter of 25 mm. The target is cooled on one side by a stream of water. The target temperature is controlled from the other side of the target using a thermocouple. In this case, for a copper target, the temperature was controlled only in the central region of the target.
Галлиевая мишень представляет собой заполненную галлием стальную капсулу с размерами 10 мм по пучку и диаметром 25 мм. Стальная входная мембрана толщиной 0.3 мм охлаждается потоком воды. Контроль температуры галлиевой мишени осуществлялся с помощью двух термопар: в центральной области и в нижней части мишени.The gallium target is a gallium-filled steel capsule with beam dimensions of 10 mm and a diameter of 25 mm. The 0.3 mm thick steel inlet membrane is cooled by water flow. The gallium target temperature was controlled using two thermocouples: in the central region and in the lower part of the target.
Парциальные энерговыделения в элементах мишенного узла при прохождении электронов с энергией 10 МэВ приведены далее.The partial energy releases in the elements of the target assembly during the passage of electrons with an energy of 10 MeV are given below.
Расчеты и экспериментальные измерения показывают, что в галлиевой мишени (включая стальную стенку капсулы мишени толщиной 0.3 мм):Calculations and experimental measurements show that in a gallium target (including the steel wall of the target capsule 0.3 mm thick):
а) выделяется 67% энергии пучка, что соответствует средней плотности теплового потока на охлаждаемой водой поверхности мишени примерно 350 вт/см2 при частоте следования импульсов 80 Гц и 400 вт/см2 при частоте 90 Гц;a) 67% of the beam energy is released, which corresponds to an average heat flux density on the water-cooled target surface of approximately 350 W/ cm2 at a pulse repetition rate of 80 Hz and 400 W/ cm2 at a frequency of 90 Hz;
б) при частоте импульсов выше 70-80 Гц температура галлия в мишени превышает температуру кипения воды при давлении 3.5 бар (137°С), т.е. охлаждение мишени осуществляется турбулентным потоком недогретой до температуры насыщения (кипения) воды, причем на части охлаждаемой поверхности теплоотдача осуществляется за счет кипения воды;b) at a pulse frequency above 70–80 Hz, the temperature of gallium in the target exceeds the boiling point of water at a pressure of 3.5 bar (137°C); the target is cooled by a turbulent flow of water subcooled to the saturation (boiling) temperature, and heat transfer to a part of the cooled surface is due to water boiling;
в) для наработки целевого нуклида 68Ge в реакции natGa(p,x)68Ge наиболее эффективны протоны с энергией 30 Мэв, пробеги которых в галлии составляют 2.5 мм, при этом средняя плотность теплового потока на охлаждаемых поверхностях в 350-400 вт/см2 будет достигаться при токах пучка протонов 110-130 мкА (при таких же параметрах водяного охлаждения, диаметре мишени, размеров пучка и охлаждении мишени с двух сторон);c) for the production of the target nuclide 68 Ge in the reaction nat Ga(p,x) 68 Ge, the most effective protons with an energy of 30 MeV, whose ranges in gallium are 2.5 mm, while the average heat flux density on the cooled surfaces is 350-400 W/ cm 2 will be achieved at proton beam currents of 110-130 μA (with the same parameters of water cooling, target diameter, beam size and target cooling from both sides);
г) таким образом, с помощью описанного устройства можно моделировать тепловые процессы в мишенях для наработки радиоизотопов с помощью интенсивных электронных пучков.d) thus, using the described device, it is possible to simulate thermal processes in targets for the production of radioisotopes using intense electron beams.
Результаты измерений температуры мишеней.Results of target temperature measurements.
Измерения проводились по следующей схеме:The measurements were carried out according to the following scheme:
1) измерения на каждой мишени стартовали с частоты 10 Гц для галлиевой мишени и с частотой 20 Гц для медной;1) measurements on each target started at a frequency of 10 Hz for a gallium target and at a frequency of 20 Hz for a copper target;
2) при заданной мощности пучка фиксировалось время установления квазистационарного температурного (когда показания термопар практически не изменялись во времени) равновесия;2) at a given beam power, the time of establishment of a quasi-stationary temperature (when the thermocouple readings practically did not change over time) equilibrium was fixed;
3) затем мощность пучка повышалась на фиксированную величины 320 Вт, т.е. частота следования сгустков электронов увеличивалась на 10 Гц;3) then the beam power was increased by a fixed value of 320 W, i.e. the electron bunch repetition rate increased by 10 Hz;
4) повышение мощности пучка осуществлялось вплоть до частоты следования 90 Гц, результаты заносились в представленные ниже таблицы;4) the beam power was increased up to a repetition rate of 90 Hz, the results were entered in the tables below;
5) примечание: а) при измерениях на галлиевой мишени на частоте 30 Гц вышел из строя один из предохранителей на ускорителе электронов, при этом повторные измерения при этой частоте после замены предохранителя проведены начиная с температуры мишени, равной температуре охлаждающей воды; б) отсчет времени при каждом измерении стартовал в нулевой отметки, в действительности процесс измерения для каждой мишени проводился непрерывно во времени, т.е. после установления квазистационарной температуры при фиксированной частоте увеличение частоты происходило в течение короткого времени (за исключением ситуации, описанной в п. а)).5) note: a) during measurements on a gallium target at a frequency of 30 Hz, one of the fuses on the electron accelerator failed, while repeated measurements at this frequency after replacing the fuse were carried out starting from the target temperature equal to the temperature of the cooling water; b) the countdown for each measurement started at the zero mark, in fact, the measurement process for each target was carried out continuously in time, i.e. after the establishment of a quasi-stationary temperature at a fixed frequency, the increase in frequency occurred within a short time (with the exception of the situation described in paragraph a)).
Результаты измеренийMeasurement results
Медная мишеньcopper target
При переходе на мощность 30 Гц была остановка ускорителя по технической причине (сгорел предохранитель). После восстановления работы, продолжили эксперимент.When switching to a power of 30 Hz, the accelerator stopped for a technical reason (a fuse burned out). After the restoration of work, the experiment continued.
Расчет энерговыделения электронов энергией 10 МэВ в медной и галлиевой мишенях.Calculation of energy release of 10 MeV electrons in copper and gallium targets.
Профиль пучка электронов представляет собой гауссиан с σx = σy = 5 мм. Электронный пучок работает в импульсном режиме с интенсивностью 2⋅1013 е/имп. Распределение выделенной энергии в цилиндрических мишенях проводилось с шагом 1 мм по толщине мишени, по радиусу с шагом 2,5 мм. Диаметр мишеней 25 мм. Результаты нормированы на 1 импульс.The electron beam profile is a Gaussian with σ x = σ y = 5 mm. The electron beam operates in a pulsed mode with an intensity of 2⋅10 13 e/pulse. The distribution of the released energy in cylindrical targets was carried out with a step of 1 mm along the target thickness, along the radius with a step of 2.5 mm.
Медная мишень.Copper target.
Расчетная геометрия по ходу пучка:Design geometry along the beam:
Окно (сталь) - 0,5 мм;Window (steel) - 0.5 mm;
вода - 3 мм;water - 3 mm;
мишень (медь) - 10 мм;target (copper) - 10 mm;
сталь - 3 мм.steel - 3 mm.
Галлиевая мишень.gallium target.
Расчетная геометрия по ходу пучка:Design geometry along the beam:
сталь - 0,5 мм;steel - 0.5 mm;
вода - 3 мм;water - 3 mm;
сталь - 0,3 мм;steel - 0.3 mm;
галлий - 8 мм;gallium - 8 mm;
сталь - 3 мм;steel - 3 mm;
медь - 10 мм.copper - 10 mm.
На Фиг. 10 показана медная мишень после облучения и на Фиг. 11 показана разделительная мембрана вода-вакуум после облучения.On FIG. 10 shows a copper target after irradiation and FIG. 11 shows the water-vacuum separation membrane after irradiation.
Работа стенда и результаты измерений показывают, что удается безопасным способом уточнять конструктивные особенности мишеней и параметры теплосъема водяным охлаждением с мишеней, нарабатывающих изотопы.The operation of the stand and the results of measurements show that it is possible to safely refine the design features of the targets and the parameters of heat removal by water cooling from targets producing isotopes.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021127028A RU2785303C2 (en) | 2019-12-20 | Stand modeling thermal processes in targets in development of radioisotopes, using intensive protonic bundles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021127028A RU2785303C2 (en) | 2019-12-20 | Stand modeling thermal processes in targets in development of radioisotopes, using intensive protonic bundles |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021127028A RU2021127028A (en) | 2022-03-25 |
RU2785303C2 true RU2785303C2 (en) | 2022-12-06 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004093652A2 (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-04 | Molecular Technologies, Inc. | System and method for synthesis of molecular imaging probes including fdg |
RU2356113C1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-05-20 | Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) | Method for radiostrontium preparation (versions) |
RU190470U1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) | DEVICE FOR IRRADIATING TARGETS FOR THE PRODUCTION OF MEDICAL RADIONUCLIDES ON PROTON ACCELERATORS |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004093652A2 (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-04 | Molecular Technologies, Inc. | System and method for synthesis of molecular imaging probes including fdg |
RU2356113C1 (en) * | 2008-03-27 | 2009-05-20 | Институт ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) | Method for radiostrontium preparation (versions) |
RU190470U1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт физики высоких энергий имени А.А. Логунова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ИФВЭ) | DEVICE FOR IRRADIATING TARGETS FOR THE PRODUCTION OF MEDICAL RADIONUCLIDES ON PROTON ACCELERATORS |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Thomas K.E., "Strontium-82 Production at Los Alamos National Laboratory", Applied Radiation and Isotopes, 1987, v. 38, NO.3, p. 175-180. * |
Жуйков Б.Л., Коханюк В.М., Глущенко В.Н. и др. Получение стронция-82 из мишени металлического рубидия на пучке протонов с энергией 100 МэВ. - Радиохимия, 1994, том 36, стр. 494-498. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Raymond et al. | Relativistic-electron-driven magnetic reconnection in the laboratory | |
EP3214622B1 (en) | System for producing high neutron flux and use thereof in non destructive testing. | |
Nilson et al. | Scaling hot-electron generation to high-power, kilojoule-class laser-solid interactions | |
Peacock et al. | Sources of highly stripped ions | |
Albert et al. | Betatron x-ray radiation in the self-modulated laser wakefield acceleration regime: Prospects for a novel probe at large scale laser facilities | |
JP2018522390A (en) | Apparatus and method for generating neutrons | |
RU2785303C2 (en) | Stand modeling thermal processes in targets in development of radioisotopes, using intensive protonic bundles | |
Shiraishi et al. | Estimation of the pulse width of x-ray emission from Xe clusters excited by a subpicosecond intense Ti: sapphire laser pulse | |
Marti et al. | Development of a liquid lithium charge stripper for FRIB | |
Scarpa et al. | Studies for aluminum photoionization in hot cavity for the selective production of exotic species project | |
Pisarczyk et al. | Influence of the magnetic field on properties of hot electron emission from ablative plasma produced at laser irradiation of a disc-coil target | |
Busold | Construction and characterization of a laser-driven proton beamline at GSI | |
Bravin et al. | OTR studies for the high charge CTF3 beam | |
US20240006088A1 (en) | A sensor device and a method for detecting fissile material | |
Nilson et al. | Magnetic-field generation by the ablative nonlinear Rayleigh–Taylor instability | |
Hammel | Study Of Intense Energetic Electron Beams In X-Pinch Experiments | |
Vlachos et al. | Laser-driven quasi-static B-fields for magnetized high-energy-density experiments | |
Presura et al. | Megagauss magnetic fields for magnetized laser-plasma experiments | |
Arigliani | A 2D scintillator-based proton detector for high repetition rate experiments | |
Vermare et al. | Strong self-focusing of a 7.2 MeV electron beam striking an aluminized mylar target | |
Sasao et al. | An alpha particle measurement system using an energetic neutral helium beam in ITER | |
Podaru et al. | Design And Performance Of A 3 MV Tandetron™ Accelerator System For High‐Current Applications | |
Kubes et al. | Neutron production from a small modified plasma focus device | |
Huerta | Investigation of Laser-Produced Electron Beams in MG Magnetic Fields | |
Millán-Callado et al. | Laser-driven neutrons for time-of-flight experiments? |