SU1030856A1 - Способ получени короткоживущих радиоактивных изотопов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРОТКОЛИВУЩИХ , РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, заключающийс  в том, что пучок про тоноа направл ют на разогретую мишень из тугоплавкого материала, о азущиес  в результате облучени  изотопы раздел ют с помощью масс-сепаратора с последующим определением элементов, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  времёtw задержки продуктов реакции в мишени , в качестве мишени используют фольгу, толщиной ; е более 100 мкм, скрученную в рулон, который устанавливают таким образом, чтобы ось рулона совпадала с осью протонного ,пучка. (Л

Description

со о

00 СП

О5 Изобретение относитс  к экспериментальной  дерной физике и может найти применение в установках, использующих масс-сепараторы или массспектрометры , работающие в линиюс с ускорител ми протонов дл  получени  радиоактивных короткоживущих изотопов. Известен способ согласно которому получение короткоживущих радиактивнцх изотопов осуидествл етс  с помощью ISOL (Isotop Separator on line установок, работающих на пучках различных налетающих частиц. Продукты реакций налетающих части с  драми элементов диффундируют к по верхности мишени, нагретой до температуры выше ТОМКИ плавлени , испар ютс  попадают в ионный источник, ион зируетс  и далее, сформированные ион ной оптикой, попадают в магнит-анали затор, после чего разделенные по мас сам изотопы подают к коллекторам экспериментальных установок. В качестве мишени в этом способе используют расплавленные элементы l Таким способом обычно получают легколетучие- радиоактивные изотопы (например, самари  и европи ). Наиболее близким техническим реше . иием к изобретению  вл етс  способ получени  короткоживущих радиоактивных изотопов, заключающийс  в том, что пучок протонов направл ют на разогретую мишень из тугоплавкого материала, образующиес  в результате облучени  изотопы раздел ют с помощью масс-сепаратора с последующи определением элементов t 3В данном случае в качестве мишенного вещества на пучке протонов с энергией 600 МэВ используетс  танталовый порошок с размерами зереи 10-20 микроу, нагреваемый до С. Вес мишенного вещества достигает 150 г/см, что обеспечивает высокую эффективность использовани -протонного пучка. Така  мишень обеспечивает врем  задержки дл  иттерби  родного из.самых легколетучих редкоземельных элементов )около 30 с. Недостатком известного способа  вл етс ,достаточно большое врем  задержки иттерби , получаемого из этой мишени. Кроме того, недостатком  вл етс  также невозможность получени  изотопов труднолетучих редкоземельных элементов таких как лантан, церий. 1 6 празеодим, гадолиний, гольмий, тулий, лютеций, так как при тeмпepaтype необходимой дл  быстрого выхода этих элементов () порошок спекйетс  и при этом наблюдаетс  увеличение времени задержки. При этом удаленные от полосы р -стабильности изотопы вышеуказанных редкоземельных элементов из мишени не выдел ютс , поскольку они обладают малым временем жизни. Целью изобретени   вл етс  уменьшение времени задержки продуктов реакции в мииюни. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  короткоживущих радиоактивных изотопов, заключаюи ему в том, что пучок протонов направл ют на разргретую мишень из тугоплавкого материала, образующиес  в -результате облучени  изотопы, раздел ют с помощью масс-сепаратора с последующим определением элементов,,в качестве мишени используют фольгу, толщиной не более 100 м скрученную в рулон, который устанавливают таким образом, чтобы ось рулона совпадала с осью протонного пучка. Обычно; когда измер ют концентрацию диффундирующего вещества в зависимости от времени дл  нахождени  коэффициента диффузии используют второе диффузионное уравнение фика: в одномерном случае где С - концентраци  исследуемого вещества; D - коэффициент диффузии. Это уравнение справедливо дл  малых концентраций диффундирующего вещества, что всегда выполн етс  в случае . разовани  исследуемых диффундирующих элементов в веществе MHUjeHM в реакци х . Дл  решени  конкретных диффузионных задач это уравнение интегрируетс  с определенными начальными- и граничными услови ми. Например, дл  плоской пластины, у которой толиъина а значительно меньше двух других размеров ( фольга ) при следующих начальных услови х. При t-0 cyCoO x d (в пластине) С«0 (за ее пределами и при условии , при х«0, (т.е. нет накоплени дифундируюцёгр; вещества на поверхности ) получаем ° V() -(2VM)i хе , (1) где С - концентраци  диффун ирующе го вещества в момент времен CQ- концентраци  диффундирующег вещества в момент времени D - коэффициент диффузии; а - толщина пластины. Так как р д (1 ) быстро сходитс , то дл  вычислени  коэффициента диффузии обычно ограничиваютс  первым членом ft 2 -5- Р 0.ff2 Если в качестве t вз ть врем  в течение которого концентраци  диффундирующего вещества в пластине уменьшаетЬ  в два раза (врем  полувыделени  ), после логарифмировани  ( получаем: D to, 049-а 3) Врем  полу выделени  Т-1/2 ил и среднее врем  задержкиТ 1;, 2 используют дл  характеристики быстродействи  мишени. Оно показывает за какой интервал времени из выхр . дит половина образовавшейс  в ней активности f О. 1/2 - g Из (4) видно, что дл  уменьшени  времени задержки необходимо увеличи вать величину коэффициента диффузии D, чего добиваютс  повышением температуры мишени, так как D имеет следующую зависимость от температур D 0,0 е-®/ . (5) где Q - энерги  активации диффузии D. - параметр, определ емый из эксперимента; R - посто нна  Ридберга; Т К -- температура среды, в которой происходит диффузи . Из (4) также видно, что дл  умен шени  времени задержки диффундирую«1е го вещества в мишени необходимо уменьшать ее толщину. Если использовать в качестве мишени тонкие фольги толщиной меньше 100 мкм (более толстые фольги иа-за увеличени  времени диффузии (cM.Ci ) дадут временп задержки, сравнимые с временами задержки в порошковой мишени), можно обеспечить быструю диффузию продуктов реакций, поднима  температуру нагрева мишени до температуры, близкой к точке плавлени  мишенного вещества, например, до 2700-2800°С.дл  тантала. При этом не будет происходить увеличени  времени задержки за счет эффекта спекани , .что имеет место в порошковых мишен х при температурах, значительно меньших температур плавлени  (дл  тантала ). Предлагае1 ый способ осуществл етс  следующим образом. Из фольги приготавливают плотный рулон сечением примерно равным сечению нелетающёго протонного пучка. Вес такого рулона приблизительно равен пвловине веса стержн  такого же размера, что при длине мишени 100 мм обеспечивает массу, достаточную дл  эффективного использовани  протонного пучка. Далее такой рулон помещают в мишенный контейнер так, что протонный пучок попадает в торец рулона и прохЪдит параллельно .центральной его оси. Продукты реакции, образовавшиес  в мишени при высокой температуре, диффундируют к ее поверхности, испар ютс  в объем мишенного контейнера, попадают в ионный источник, соединенный с мишенным контейнером, ионизируютс  и далее, ускоренные электрическим полем и разделенные по массам в магнитном поле, доставл ютс  к коллектору, где с помощью детекторов измер ют их радиоактивное излучение и провод т их идентификацию. Были проведены работы по реализации предлагаемого способа получени  редкоземельных элементов. Приготовленна  в виде плотного рулона танталова  фольга толщиной 20-5 мкм весом 40 г помещалась в контейнер, нагреваемый проход щим через него током , так, что протонный пучок проходил вдоль центральной оси рулона. Продукты реакций, выдел ющиес  из вещества мишени, попадали в ионный источник и затем в виде ионов, разделенных по массам с помощью массспектра , подавали на коллектор дл  последующего измерени  их радиоактивного излучени . Врем  задержки в мишени определ  ли следующим образом: после облучен мишени, наход щейс  при температуре Т ( измерени  величин в интерва вале температур ZOOO-ZyOO C} ;в момент Времени t выключали протонный пучок и начиналась имплантаци  ионов с определенным массовым числом А в магниГную ленту лентопрот ж ного устройства,  вл ющуюс  коллектором масс-сепаратора. Далее через 1 La Се Рг Ей Элемент

врем  полувыделени , с 32 16 12

1

С использованием мишени из танталовых фолы на установке ИРС.С были получены и исследованы нейтронодефицитные изотопы тули  и лютеци .

Преимуи|ество предлагаемого способа состоит в том, что использу  мишень достаточно большой массы, что обеспечивает высокую эффективность работы на протонном пучке, можно получать из нее широкий круг элементов с малыми временами, задержки . Данный способ позвол ет изLU

kQ

ЦО

20

12

1

бежать увеличени  времени задержки из-за эффекта спекани , что дает возможность работать при температуре , достаточно близкой к температуре , плавлени  мишенного вещества и обеспечивает максимальную величину коэффициента диффузии,, а значит минимальное значение времени задержки. Это позвол ет эффективно получать и исследовать короткоживуцие радиоактивные изотопы, с малыми периодами полураспада. 66 интервал времени лt(врем  имплантации/ , высаженный на ленту источник подавали к детекторам излучени , с помощью которых измер ли его активность и проводили дополнительную иденти()икацию по его периоду полураспада . Во врем  имплантации следующего источника измер ли предыдущий и так далее,- По спаду активности имплантированных источников с вычетом фона и учетом поправки на распад измер ли врем  задержки атомов продукта в мишени. В таблице приведены полученные из мишени элементы и времена их полувыделени  при температуре 2700 С. 1 Gd Tb 1 Но Tm 1 УЬ 1

Claims (1)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРОТКОЖИВУЩИХ . РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, ' заключающийся в том, что пучок протонов направляют на разогретую мишень из тугоплавкого материала, образующиеся в результате облучения изотопы разделяют с помощью масс-сепа ратора с последующим определением элементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени задержки продуктов реакции в мише ни, в качестве мишени используют фольгу, толщиной 'не более 100 мкм, скрученную в рулон, который устанавливают таким образом, чтобы ось рулона совпадала с осью протонного ,ny4Ra.