Способ облучения материалов

 

СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ , основанный на их бомбардировке ускоренными заряженными частицами с фиксированной энергией и переменным углом падения пучка на поверхность и на измерении распределения продуктов взаимодействия по глубине С(х) при известном угле падения 0о .на поверхность, отличаю щи й-с я тем, что, с целью повышения точности получения заданного закона распределения продуктов взаимодействия бомбардирующих частиц с веществом, угол падения пучка © , где е 1,2,... N, изменяют дискретно по выбранному закону 0 f(e) для разного числа углов N, рассчитывают интегральньй поток q для каждого угла облучения из условия минимума нормы уклонения получаемого распределения -1 .,с (к 2is|) от заданного распределения F(x), выбирают число углов N наименьшим и таким , чтобы на заданном участке глубиной от d до L полученная норма уклоi нения не превышала допустимой по ус (Л ловиям задачи величины, устанавливают на пути пучка частиц фольгу эквивалентной толщины d и проводят облучение изделия при выбранном наборе углов до величин накопленного заряда, соответствующих рассчитанным значениям q.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ)ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (511 4 G 21 С 1 10

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

,о

Ъ ь

30,$ а

es

3 ф

5 лю fOu ae

Рц торн om le0ENou х ме!,,2

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3849875/24-25 (22). 01,02.85 (46) 30.10.86. Бюл. У 40 (72) И.О.Константинов, А.И,Леонов и М.З,Тараско (53) 62 1.039.574(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(184501 кл. С 01 N 3/56, 1965.

Авторское свидетельство СССР

1(965157, кл. G 01 N 23/00, 1981. (54) (57) СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, основанный на их бомбардировке ускоренными заряженными частицами с фиксированной энергией и переменным углом падения пучка на поверхность и на измерении распределения продуктов взаимодействия по глубине

С(х) при известном угле падения О, .на поверхность, о т л и ч а ю m и й-. с я тем, что, с целью повышения точности получения заданного закона распределения продуктов взаимодействия бомбардирующих частиц с веществом, угол падения пучка О,, где е = 1, 2..., . N изменяют дискретно по выбранному закону 0 = f(е) для разного числа углов N рассчитывают интегральный поток q для каждого угла облучения е из условия минимума нормы уклонения получаемого распределения е-1 от заданного распределения Р(х), выбирают число углов N наименьшим и таким, чтобы на заданном участке глубиной от d до L полученная норма уклон нения не превышала допустимой по условиям задачи величины, устанавливают на пути пучка частиц фольгу эквивалентной толщины и и проводят облу- С чение изделия при выбранном наборе углов до величин накопленного заряда, соответствующих рассчитанным значениЧ °

1 267

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к способам для облучения образцов и изделий заряжен- ными частицами,и предназначено для создания радиоактивной метки, состоящей из радионуклидов, навеценных в материале в результате ядерных реакций, для имплантации чужеродных атомов, для создания радиационных дефектов, для получения нужного распределения поглощенной дозы в биологических объектах и т.д, Цель изобретения — повышение точности получения заданного закона распределения продуктов взаимодействия бомбардирующих частиц с веще ством.

На чертеже приведен пример создания равномерного распределения

Р(х) = const по глубине радионуклида Со, образующегося при облучении железа протонами с энергией

Ep = 22,5 МэВ по ядерной реакции, Fe(p,n) 0o;,äàíû исходное распределение С(х) для () = 90 (точки 1),распределение Rx), рассчитанное для N = 15 в интервале глубины от 50 до 520 мг/см (кривая 2) и экспериментальные значения (точки 3), полученные при реализации рассчитан- 30 ного набора 0 и q

Распределение продуктов взаимодействия по глубине описывается функцией С(х) при некотором угле падения

О, . При облучении того we материала под другим углом 0 распределение описывается формулой

8 п р

При облучении одного и того же участка поверхности изделия частицами одной энергии, но при разных углах их падения возникает распределение ен

%(x) = q -С(х —.- 4.) .45 где qz имеют математический смысл коэффициентов разложения заданной функции по функциям Се y N — число различных углов, под которыми производится облучение. Отсюда следует, что для получения заданного распределения F(x) необходим подбор (2И + 1) параметров (значения углов относительного интегрального потока бомбардируюl щих частиц при каждом из них и числа 55 углов). Для этого уменьшают число не.известных параметров путем задания закона изменения угла облучения (т.е.

4,89 2 величин 6 ) и И. Расчет с» при фиксированном N можно выполнить методом наименьшего направленного расхождения.

В качестве нормы уклонения в методе наименьшего направленного расхождения используется величина

I = ) F (хi) 1п /<(x,)

i N, где x, — точки, в которых известны распределения F(x) и Р(х), à М, и

М вЂ” номера этих точек, соответствующие величинам d и L, т.е. краям интервала в глубине материала, где требуется получить заданное распределение. Задавая зависимость 8(e), формируют набор фукций, иэ которых составляют F(x). Если нет никакой априорной информации о зависимости Q от е, то набор фукций Се удобно выбрать таким образом, чтобы их максимумы (или другие выделенные точки) разбивали интервал d х а L на равные участки.

При таком наборе углов sin Ор изменяется с постоянным шагом в интервале от d/Ь до 1.

При облучении материала величины физически соответствуют значение ям интегрального потока бомбардирующих частиц при каждом угле облучения поверхности изделия, Интегральный поток пропорционален полному накопленному заряду, измеряемому, например, с использованием. интегратора тока, что устраняет влияние нестабильной работы ускорителя.

Исходное распределение, как правило, имеет минимум на поверхности иэделия. Поэтому заданное распределение может быть реализовано на некоторой глубине, исключающей поверхностный слой материала. Толщина этого поверхностного слоя тем меньше, чем меньшей О ;„ . Избежать связанного с этим обстоятельством усложнения расчета можно путем установки на поверхности изделия тормозящей фольги, Толщина фольги должна быть равной d в пересчете по потере энергии частиц из материала иэделия, тогда заданное распределение может быть воспроизведено, начиная от самой поверхности.

Предложенный способ может быть реализован путем установки облучаемого изделия или образца на поворотном столике, движение которого осуществляется по определенной программе.

Пример конкретного выполнения для случая создания равномерного распре3 1267 деления радиоактивной метки в материале. Облучение образцов проводили на циклотроне У-150 пучком протонов с энергией 22,5 МэВ. Исходное распределение плотности Со С(х) получали при 8, = 90 методом стопки фольг (точка 1), толщина каждой фольги

15,2 мг/см" ; В качестве С(х) получили массив чисел С;, где С, — активность (Со в фольге с номером i, t0 причем счет фольг в стопке ведется по направлению пучка частиц, 1,2,...,М. ..MM, где ММ вЂ” число фольг в стопке, для которых С; ) О и М вЂ” номер фольги с максимальной ак- 15 тивностью, Для рассматриваемого случая ИМ = 49, М = 34.

Необходимо было создать равномерное распределение плотности радионуклида (Со по глубине F(x) = сопзС с точно- 20 стью 10Õ на участке 50 х 520 мг/см .

Нижний предел интервала определяется минимальным углом падения йучка на поверхность, который можно .обеспечить с достаточной точностью, д в реальном случае 5-6, верхний предел — положением максимума распреде- ления при данной энергии протонов и, 8, = 90 . Исходя из толщины фольг, И,=4,М =34.

489 4

В качестве закона U(e) выбрана зависимость, получаемая при равномерном разбиении интервала толщин

+ (1. — d)(e — 1)

"" = Г 1. (N 1) Коэффициенты q рассчитывали мето.t дом наименьшего направленного расхохдения, при этом значение получаемого распреЛеления в i-ой точке находили по формуле

<Р. q (С. + (С;„- C„) (i sin Q - j )) (- где j — целая часть числа зЫ О

О

Получение заданной точки равномерного распределения обеспечивалось числом углов N = 15.

В таблице приведен полученный набор параметров облучения.

Соответствующее расчетное распределение приведено на чертеже (кривая

2). Для сравнения на чертеже указаны экспериментальные значения (точки 3), полученные методом стопки фольги, Максимальное отклонение от равномерности расчетного и экспериментального полученного распределений составило 6 и

97 соответственно.

311 1. (Г

9 10 11» 12 13 4 15

О, 35 О, 27 О, 20 О, 14 0,08 0,03 0,06 О, 20 О, 21 О, 15 О, 16 О, 26 0,25 О, 39 0,37

Составитель И.Павленко

Техред H.Глущенко Корректор М.Самборская,Редактор В.Ковтун

Заказ 5785/51 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4

О 5э5 9эЗ. 13вО 16е9 20ю8 24s8 28э9 33ю2 37э8 42в6 47ю9 53е7 60 ° 6 69вЗ 90еО