Устройство для создания радиоактивных алмазных индикаторов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АЛМАЗНЫХ ИНДИКАТОРОВ, содержащее источник радиоактивных ионов , включающий в себя электронную пушку, распыляемую электронным пучком мишень из радиоактивного материала , фокусирующую систему и образец , представляющий собой алмаз, из которого изготавливается индикатор, отличающееся тем, что, с целью снижения радиационного загрязнения установки, повышения точности нанесения радиоактивных меток и упрощения установки, устройство дополнительно содержит отклоняющий магнит с системой переключения полярности питающего напряжения, расположенный так, -что направление -его магнитного поля перпендикулярно к плоскости , в которой расположены центр распыляемой мищени, ось электронной пушки и точка нанесения радиоактивной метки на алмазе, при этом распыляемая мищень и образец вьшесены за пределы поля отклоняющего магнита и расположены на оси, перпецдикулярСО ной к.оси электронной пушки, и .электроскоп , расположенный на изоляторе, выполненномиз материала с мальми токами утечки, и соединенный через усилитель сигнала и пороговую схему с системой переключения полярности питающего напряжения отклонякмцего о магнита. ф со со 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК Р 4 G 21 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ь АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21 ) 3379726/18-25 ((22) 07.01.82 .(46) 07.11.88. Бюл. к- 41 (7.1) Научно-исследовательский инсти.;тут ядерной физики при Томском политехническом институте (72) Б.И. Кузнецов, А.Г, Пузыревич, Ю.А. Панов, Г.Г. Бочарова, А.Г. Рыбасов; З.П. Белых и В.М. Зуев .,(53) 621 ° 039.55(088.8) (56) Информационный обзор института

Цветметпроект. Добыча и обогащение алмаэосодержащих руд за рубежом. М., 1968, с,. 25-26.

Патент Франции В 213331, кл. 3 6-21H5/00, опублик. 1972. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ АЛМАЗНЫХ ИНДИКАТОРОВ, содержащее источник радиоактивных ионов, включающий в себя электронную пушку, распыляемую электроннья пучком мишень из радиоактивного материала, фокусирующую систему и обра.зец, представляющий собой алмаз, из которого изготавливается индикатор, „„SU„„1039397 А1 отличающееся тем, что, с целью снижения радиационного загрязнения установки, повышения точности нанесения радиоактивных меток и упрощения установки, устройство дополнительно содержит отклоняющий магнит с системой переключения полярности питающего напряжения, расположенный так, что направление .его магнитного поля перпендикулярно к плоскости, в которой расположены центр распыляемой мишени, ось электронной пушки и точка нанесения радиоактивной метки на алмазе, при этом распыпяемая мишень и образец вынесены за пределы поля отклоняющего магнита и расположены на оси, церпендикулярной к.оси электронной пушки, и .электроскоп, расположенный на .изоляторе, выполненном-из материала с малти токами утечки, и соединенный через усилитель сигнала и пороговую схему с системой переключения полярности питающего напряжения отклоняющего магнита.

1039397 Изобретение относится к области ядерной техники, связанной с использованием излучений, и предназначено для получения радиоактивных алмазных индикаторов с целью использования их

5 для контроля технологических процессов извлечения алмазов из руды на обогатительных фабриках.

Известен способ создания радиоактивных алмазных индикаторов, по которому в поверхности алмаза сверлится тем или иным способом отверстие (например лучом лазера} и в нем располагается радиоактивная метка. 35

Однако при использовании такого способа происходит механическое .повреждение алмаза, нарушаются его поверхностные физико-химические свойства. Кроме того, этот способ не поз- 20 воляет автоматизировать процесс изготовления радиоактивных алмазных индикаторов.

Наиболее близким техническим решением той же задачи является устройст- 5 во для создания радиоактивных алмазных индикаторов, содержащее источник радиоактивных ионов, включающий в себя электронную пушку, распыляемую электрическим пучком мишень из радио- 30 активного материала, фокусирующую систему и образец, представляющий собой алмаз, из которого изготавливается индикатор.

Источник ионов может иметь различ- 35 ные конструкции и его работа может быть основана на разных принципах.

Например, для получения радиоактивных ионов могут быть использованы источники типа дуаплазматрон или три- 40 плазматрон", а также ионный источник с электронным нагревом рабочего вещества (т .е. материала из которого получаются внедряемые в образец ионы) состоящий из электронной пушки, ис- 45 пользуемой для получения пучка ускоренных электронов, и распыпяемой электронным пучком радиоактивной мишени.

Известное устройство имеет ряд недостатков. Главным из них является сложность и громоздкость устройства, поскольку оно включает в себя систему высоковольтного питания, соответствующие высоковольтные вводы в ускорительную камеру, систему разделительных трансформаторов и другие элементы, связанные с развязкой высокого напряжения с системой питания установки и ее корпусом.

Кроме этого, в случае применения известного устройства для нанесения радиоактивных меток на алмазы, большинство которых является изоляторами или обладает слабой проводимостью, необходимо применение дополнительного устройства для снятия объемного заряда, возникающего на имплантируемом алмазе за счет накопления заряда от внедряемых ионов. В результате накопления объемного заряда возникает тормозящее электрическое поле, которое снижает энергию имплантируемых ионов, приводит к их рассеянию и соответственно к понижению точности нанесения радиоактивных меток и к загрязнений радиоактивностью деталей установки для имплантатщи.

Обычно для исключения влияния эффектов, связанных с влиянием на процесс имплантации ионов в изоляторы и полупроводники, применяют различные методы и устройства. Нап ймер, в ряде случаев для этих целей используется напыление тонкой металлической пленки или сетки на легируемый объект, по которым создаваемый ионами заряд стекает на корпус установки.

Все эти способы требуют дополнительного оборудования, что усложняет устройство для имплантации радиоактивных ионов °

Целью настоящего изобретения является снижение радиационного загрязнения установки, повышение точности нанесения радиоактивных меток и упрощение установки.

Поставленная цель достигается тем, что, устройство для создания радио-. активных алмазных индикаторов, содержащее источник радиоактивных ионов, включающий в себя электронную пушку, распыпяемую электронным пучком мишень из радиоактивного материала, фокусирующую систему и образец, представляющий собой алмаз, из которого изготавливается индикатор, дополнительно содержит отклоняющий магнит с системой переключения полярности питающего напряжения, расположенный так, что направление его магнитного поля перпендикулярно к плоскости, в которой расположены центр распыпяемой мишени, ось электронной пушки и точка нанесения радиоактивной метки на алмазе, при этом распыляемая мишень

1039397 и образец вынесения за пределы поля, 1 отклоняющего магнита и расположены на оси, перпендикулярной к оси электронной пушки, и электроскоп, расположенный на изоляторе, выполненном из материала с малыми токами утечки, I и соединенный через усилитель сигнала и пороговую схему с системой переключения полярности питающего напряжения отклоняющего магнита.

На чертеже представлена схема уст1 ройства.

В устройстве для создания радиоактивных алмазных индикаторов В Ва» куумной камере 1 расположены электронная пушка 2, полюса 3 отклоняющего магнита, алмаз 4, изолятор 5, распыляемая радиоактивная мишень 6, фокусирующая мишень 7, электроскоп

8, соединенный с входом усилителя сигнала 9, выход которого соединен с входом пороговой схемы 10, выход которой подключен к управляющему входу схемы питания отклоняющего магнита ll, соединенной с катушками электромагнита 12.

Устройство работает следующим образом.

Пучок электронов из электронной пушки 2, отклоняется полем, созданным между полюсами 3 отклоняющего магнита, и попадает на легируемый алмаз 4, который укреплен на изоляторе 5. Под действием пучка электронов на алмазе создается отри35 цательный заряд, величина которого регистрируется электроскопом 8, сигнал.с которого усиливается с помощью усилителя 9. При достижении опреде- 40 ленной величины заряда на алмазе (получении заданного ускоряющего потенциала радиоактивных ионов) срабатывает пороговая схема 10 и выдает сигнал на управляющий вход схемы пи-. 45 тания отклоняющего магнита 11, которая изменяет полярность питающего напряжения катушек электромагнита 12.

В результате изменяется направление магнитного поля. и электронный пучок отклоняется в противоположную сторону, — попадает на радиоактивную мишень 6 и распыляет ее. Образующиеся при этом ионы движутся в электриче- ском поле, создаваемом объемным зарядом, накопленном на алмазе, ускоря15 ются в этом поле и вбиваются в ту точку на алмазе, где электронным пучком создан отрицательный заряд. Ионы, вбиваемые в поверхность алмаза, компенсируют накопленный заряд, поэтому путем изменения величины тока электронного пучка и времени накопления

I заряда можно регулировать дозу внедряемых радиоактивных ионов.

Путем изменения напряжения на фокусирующей мишени 7 можно получить на образце малые сечения пучка внедряемых ионов, что позволяет наносить радиоактивные метки на алмазы с небольшими размерами (порядка одногодвух миллиметров и менее). Это дает возможность применять метод радиоактивных индикаторов для контроля про цессов извлечения алмазов мелких классов, что не удается достичь при других способах индикаторного контроля.

При этом для исключения влияния отклоняющего магнита на размеры ионного пучка необходимо, чтобы он проходил ускоряющий промежуток между распыляемой мишенью 6 и легируемым алмазом 4 вне магнитного поля. Оптимальным вариантом расположения элементов устройства является случай, когда распыляемая мишень и образец выносятся за пределы поля отклоняющего магнита и расположены на оси, перпендикулярной к направлению оси электронной пушки. В этом случае, изменяя напряженность магнитного поля отклоняющего магнита, можно подобрать такую кривизну траектории электронного пучка, при которой в случае изменения полярности питающего напряжения магнита электронный пучок будет попадать на распыляемую мишень и легируемый радио-активным изотопом алмаз.

Для обеспечения высокого пробивного напряжения между алмазом 4 и распыляемой мишенью 6, снижение рас» сеяния ионов. и электронов вакуум в камере 1 доркен не хуже чем

10 . мм рт.ст.

Токи утечки изолятора, на котором укреплен алмаз, должны быть достаточно малыми, чтобы потенциал, созданный электронным пучком на алмазе, сохранялся во время переключения магнита и распыпения радиоактивной мишени.

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами перед прототипом. малые загрязнения радиоактивным изотопом деталей установки, посколь1039397

Техред М.Моргентал Корректор Э. Лончакова

Редактор Н Сильнягина

Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5572

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4 ку ускоренные ионы вбиваются только в ту точку на алмазе, на которой электронный пучок создал объемный заряд, в устройстве можно точно дозировать количество внедренных ионов, исключаются элементы, связанные с получением высокого напряжения, не" ходимого для подачи на ускоряющий промежуток — высоковольтный трансформатор,выпрямитель,изоляторыдля ввода ускоряющего напряжения в камеру, разделительные трансформаторы и т.д.

Поскольку энергия электронов, используемых для распыления радиоактивной мишени, накопление заряда на ле-. гируемом алмазе может быть достаточно низкой (порядка нескольких сотен . электронвольт — эта величина определяется требованиями малого рассеяния электронного пучка на остаточных газах в камере, т.е. вакуумом в установке), схемы питания электронйои пушки имеют небольшие размеры и вся установка для создания радиоактивных меток на алмазе может иметь малые размеры. Это в свою очередь приводит к применению в устройстве простых средств для получения вакуума, что также приводит к снижению сто1р нмости установки и упрощению ее конструкции.

"KpoMe того устройство позволяет автоматизировать процесс изготовления радиоактивных алмазных индикаторов, что важно при использованйи: метода радиоактивных индикаторов в качестве базового способа контроля при создании автоматизированнЫх

20 систем управления технологическими процессами извлечения алмазов из руды °