Устройство для введения радионуклидов в образец

 

Изобретение относится к области получения радионуклидов, используемых в качестве радиоактивных индикаторов . Цель изобретения - повьшение удельной активности, вводимой в образец. Устройство содержит источ ник ускоренных ионов и мишень, кз которой после ее активации требуемый нуклид внедряется в образец. Мишень выполнена в виде полого усеченного конуса, обращенного большим основанием к ионному источнику. Внутри конуса вплотную к меньшему основанию помещен образец. При отношении радиусов оснований конуса 0,5-0,7 отношение активности, внедренной в образец, к активности всех образовавшихся радиоактивных ядер, будет максимальным. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл. е i&

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19> SU (31>

А1 (5946102321

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3861456/24-25 (22) 25.02.85 (46) 30.0!.88. Бюл. У 4 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском

l политехническом институте им.С М.Кирова (72) В.А.Рыжков и А.Н.Обливанцев (53) 543.5 Г088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 302801, кл. G 01 N 23/22, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1236946, кл. G 01 N 23/221, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ В ОБРАЗЕЦ (57) Изобретение относится к области получения радионуклидов, используемых в качестве радиоактивных индикаторов. Цель изобретения — повышение удельной активности, вводимой в образец. Устройство содержит источник ускоренных ионов и мишень, из которой после ее активации требуемый нуклид внедряется в образец. Мишень выполнена в виде полого усеченного конуса, обращенного большим основанием к ионному источнику. Внутри конуса вплотную к меньшему основанию помещен образец. При отношении радиусов оснований конуса 0,5-0,7 отношение активности, внедренной в образец, к активности всех образовавшихся радиоактивных ядер, будет максимальным.

1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1279357

2 J c r иолп () В 2

1

1-r /R полн

А = А (2) Изобретение касается получения радионуклидов и использования их в качестве радиоактивных индикаторов.

Целью изобретения является повышение удельной активности, вводимой в образец.

На чертеже схематически изображено описываемое устройство.

Источник ионов 1, представляющий собой циклический или линейный ускоритель, позволяет ускорить ионы с Z ) 2 до энергий вьппе 1 МэВ/нукл.

Пучок ионов 2 формируется танталовым коллиматором 3 до поперечных размеров "толстой" мишени 4, выполненной в виде полого усеченного конуса, ось которого направлена строго по оси пучка ионов. Образец закреплен на держателе 5 внутри мишени 4 вплотную 20 к верхнему основанио усеченного конуса. В случае необходимости для устранения облучения образца первичным потоком ионов коллимирующее отверстие выполняется в виде кольца радиусами, 25 равными радиусам оснований конической мишени, т.е. r u R. Ядро 6 отдачи, возникающее в результате взаимодействия, внедряется в образец, Бомбардирующий ион при прохождении 30 через вещество мишени 4 на глубине взаю:одействует с ядром исходного элемента, из которого в результате образуется ядро 6 требуемого радионуклида, вылетающего иэ мишени под углом V. Если угол V меньше угла наклона мишени о /2 к направлению пучка, то ядро отдачи не вылетит из мишени. При V ) Ь/2 ядро отдачи, пройдя в мишени расстояние Х, может по- щ кинуть мишень в том случае, если его пробег R в мишени больше, чем это яо расстояние, т.е.

sin d /2 о б < s in (@-о(/2) Ранее установлено, что наибольший выход из мишени наблюдается при углах при вершине конуса 10-20 (d/2

5 — 10) . При облучении полого усеченного конуса, обращенного большим основанием к источнику ионов, когда образец со всех сторон "окружен" мишенью, не все вылетевшие радиоактивные ядра отдачи попадут на образец — часть из них будет внедряться в противоположные (от места вылета ядра) стенки мишени и выход будет меньше, чем в том случае, когда конус обращен вершиной к источни— ку °

Однако удельная активность (число ядер на площадь образца) должна быть вьппе, чем для каждого отдельного об1 разца фиксированной площади (E-2 см ) в прототипе. Для обеспечения максиальной удельной активности (внедренной в единичный образец) необходимо только правильно подобрать отношение радиусов меньшего (г) и большего оснований (R) усеченного конуса, т.е.подобрать r/R таким, что отношение активности, внедренной в образец, к активности всех образованных радиоактивных ядер в полном конусе (r = О) будет максимальным.

При увеличении r/R (r/R 1) практически все вылетевшие иэ мишени ядра попадут на образец, в случае r/R 0 все ядра будут поглощаться противоположными стенками мишени. Однако в первом случае (r/R - 1) число образованных ядер будет меньше, так как площадь мишени значительно меньше, чем во втором случае, а следовательно, при фиксированном поперечном размере пучка ионов (R — радиус пучка) и фиксированном токе пучка (постоянной плотности тоха) ток на мишени меньше. Поэтому долкно существовать оптимальное значение отношения r!R, при котором отношение активиости ядер, внедренных в образец, к активности всех образованных в полном конусе (r=Q) радиоактивных ядер будет максимально . Площади боковых

2( поверхностей усеченного S и пол полн ного Я конусов. связаны выражением:

Из этого выражения по измеренной активности радиоактивных ядер, обра 3c зованных в усеченном конусе А можно определить активность их для пОлн полного конуса A

Таким образом, меняя положение образца по отношению к большему основанию, т.е. меняя радиус меньшего основания усеченного конуса (мишени ), и измеряя активность, внедряемую в образец А", и активность в мишени

79357

oSP ус A

В = — ---- вп 100

А Ус+ Ао о палл А

oSP

 — — -- . 100%

Anoïí Ф

30 полН полн макс

1 00% в зависимости от г/R

r/R

0,6 0,65 0,7

22,8 24,2 24,3

0,5 0,55

17,3 19,8

0,75

0,45

24,8

12,9

14,6 14,0 12,4

Впалн

10,9

13,8

13,0

10,3 полн

В у о макс

94,5

74,6

100 95,9 84,9

89,0

70,5

Ус

А, для максимального значения отс, ношения А (1-r /R ) / (А + А ) отношение активности в образце к активности всех ядер, образованных в полном конусе (т.е. когда ток мишени Факсимальный), находят оптимальное значение отношения r/R

Устройство для введения радионуклидов в объеме образца реализовано на примере устройств для введения радиоактивного фтора-18 по реакции Be(N,d„) F.

Пример. Источник ионов — циклотрон У-120 НИИЯФ при Томском политехническом институте, позволяет ускорять ионы азота-14 энергией 16 МэВ с максимальным током пучка несколько микроампер. Диаметры коллимирующих отверстий равны диаметрам оснований конических мишеней, выполненных из

Ф бериллий — алюминиевых фольг толщиной

50 мкм (содержание бериллия 20%), Угол при вершине конусов выбран 10 ,поскольку в этом случае достигается высокий выход ядер фтора-18 из мишени 31,2%, а линейные размеры мишеней хорошо соответствуют размерам поперечного сечения пучка ионов и размерам образцов. Диаметры образцов иэ алюминия толщиной 0,5 мм 0,52 см. Они имели держатель со стороны верхнего основания конусов . С помощью этого держателя регулировалось

В этой таблице  — отношение активности фтора-18 в образце к активности всех образованных в мишени (усеченном конусе! ядер фтора-18, Эта величина характеризует эффективность устройства в том случае, когда измеряется ток только на мишени (сечение пучка — кольцо размерами

r и R; Впо " — отношение активности в образце к активности образованных в полном конусе ядер фтора-18. Характеризует эффективность устройства по сравнению с прототипом, когда измеряется полный ток пучка (сечение положение образцов rro отношению к нижнему основанию и, следовательно, менялось значение радиуса верхнего основания мишени и отношение r/R.

После облучения мишени в течение

1 ч током пучка до 1 мкА производили измерения наведенных активностей мишеней и активностей, введенных в

10 образцы, с помощью многоцелевого гаммаспектрометра СЭСГ-2-16 с кристаллами NaI(T1) диаметром 150х100 мм.

Для различных отношений r/R рассчитывали отношения активности в образце к активности всех образованных ядер фтора-18, образованных в мишени в виде полого конуса (r=0) по формуле:

aSP

А оср. а ус DSp — — --=А (1-r /R)(A +А )

У А >0АН (3) В таблице приведены значения отношений пучка — rcpyr радиусом R) . В""„" характеризует изменение величины полНВ по сравнению с максимальным ее знач ением (при r /R = О, 6 В „,„= 1 00%) .

Как видно из таблицы, число ядер отдачи, введенных в образец, при фиксированном токе пучка круглого сечения радиусом, равным радиусу большего основания мишени К, максимально в диапазоне значений r/R 0,5 . 0,7, составляя соответственно 89 и

85 от максимального значения при

r/К = 0,6. 3а пределами этого диапазона выход уменьшается, составляя

12793 70 и 747 от максимального значения для r/R 0,45 и 0,75 соответ— ственно, что значительно вышее, чем у прототипа. При оптимальном значении отношения r/R = 0,6 почти 157 всей возможной наведенной активности фтора-18 будет вводиться в образец1 для прототипа в образец той же площади, имеем не более 1-2 вводимой активности, хотя суммарно вводимая активность в 2 раза больше (31,27).

Таким образом, предлагаемое устройство значительно эффективнее прототипа в тех случаях, когда нужно вводить радионуклид в образец небольшой площади (1 -2 см ), что имеет обычно 2 место в активационном анализе °

Ядерным реакциям, возбуждаемым тяжелыми ионами на ядрах легких элемен- 20 тов,присущи схожие по формуле угловые распределения радиоактивных продуктов, имеющие, как правило, максимум в области малых углов, т.е, распределение продуктов сильно вытянуто вперед по направлению бомбардирующих ионов. Поэтому в одинаковых диапазонах энергий бомбардирующих ионов для различных ядерных реакций оптимальные параметры устройства 30 будут близкими, Наличие плато в зависимости удельной активности фтора-18 в достаточно широком диапазоне отношений r/R = 0,5-0,7 позволяет сделать вывод о применимости описан- 35 ного устройства с отношением радиу57 6 сов оснований r/R = 0,5-0,7 и для других ядерных реакций, возбуждаемых тяжелыми ионами на легких ядрах.

Таким образом, можно вводить радион 1ъ 1з нуклиды С, N, 0 по ядерным реакциям, возбуждаемым ионами азота-14 на боре и азоте:

N(N,15 N) N, В(N, Be) 0 и др.

Формула изобретения

1. Устройство для введения радионуклидов в образец, содержащее источник ускоренных ионов, держатель образца, и "толстую" конусообразную мишень, содержащую элемент, при активации которого образуется требуемый радионуклид, внедряющийся из мише» ни в образец, за счет энергии ядерного превращения, отличающеес я тем, что, с целью повышения удельной активности вводимой в об2 разец, мишень выполнена в виде полого усеченного конуса, обращенного большим основанием к источнику ионов, а держатель образца помещен внутри конуса вплотную к меньшему основанию конуса.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что отношение радиусов оснований мишени выбрано в интервале 0,5-0,7.

ВНИИПИ Заказ 739 Тираж 847 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4