Способ облучения материалов Советский патент 1986 года по МПК G21G1/10 

яо VO Sim юо

Расстовниг am notfofocmu jf, Изобретение относится к ядерной физике, а именно к способам для облучения образцов и изделий заряженными частицами,и предназначено для создания радиоактивной метки, состо ящей из радионуклидов, наведенных в материале в результате ядерных реак ций, для имплантации чужеродных ато мов, для создания радиационных дефе тов, для получения нужного распреде ления поглощенной дозы в биологических объектах и т.д. Цель изобретения - повышение точ ности получения заданного закона распределения продуктов взаимодействия бомбардирующих частиц с веще|СТВОМ. На чертеже приведен пример создания равномерного распределения F(x) const по глубине радионуклида Со, образующегося при облучении железа протонами с энергией Ер 22,5 МзВ по ядерной реакции (p,n) .даны исходное расЪределение С(х) дпя t), 90 (точки 1) ,распределение х), рассчитанное для N 15 в интер вале глубины от 50 до 520 мг/см (кривая 2) и зк.спериментальные значения (точки 3), полученные при реализации рассчитанного набора 0J и qp . Распределение продуктов взаимодействия по глубине описывается функцией С(х) при некотором угле падения 00 . При облучении того же материала под другим углом Эр распределение описывается формулой , . При облучении одного и того же участ ка поверхности изделия частицами одной знергии, но при разных углах их падения возникает распределение . п ФС N у „ г/„ SiSS- w 2 q,-cu .) , где Qg имеют математический смысл коэффициентов разложения заданной функции по функциям Cg , N - число различных углов, под которыми производится облучение. Отсюда следует, что для получения заданного распределения F(x) необходим подбор (2N + 1) параметров (значения углов относител ного интегрального потока бомбардиру щих частиц при каждом из них и числа углов). Для этого уменьшают число не ;известных параметров путем задания закона изменения угла облучения (т.е 89 величин 0,) и N. Расчет q при фиксированном N можно выполнить методом наименьшего направленного расхождения. В качестве нормы уклонения в rieTOде наименьшего направленного расхождения используется величина I Е F (х,).(х,Х i-fi, где х- - точки, в которых известны распределения F(x) и (х), а М и М2 - номера этих точек,, соответствующие величинам d и L, т.е. краям интервала в глубине материала, где требуется получить заданное распределение. Задавая зависимость 0(е), формируют набор фукций, из которых составляют F(x). Если нет никакой априорной информации о зависимости 0 от е , то набор фукций Ср удобно выбрать таким образом, чтобы их максимумы (или другие выделенные точки) разбивали интервал на равные участки, При таком наборе углов sin 0р изменяется с постоянным шагом в интервале от d/L до 1. При облучении материала величины qg физически соответствуют значениям 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 изделия. Поэтому заданное распределение может быть реализовано на некоторой глубине, исключающей поверхностный слой материала. Толщина этого поверхностно.го слоя тем меньше, чем меньшей Gmin f 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 изделия, 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

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 QO 90° методом стопки фолы (точка 1), толщина каждой фольги 15,2 мг/см , В качестве С(х) получили массив чисел Q , где С - активность Со в фольге с номером i, причем счет фольг в стопке ведется по направлению пучка частиц, i 1,2,,. .,М, ... ,КМ, где ММ - число фольг в стопке, для которых С О и М - номер фольги с максимальной активностью. Для рассматриваемого случая ММ 49, М 34.

Необходимо было создать равномерное распределение плотности радионуклида Сопо глубине F(x) const с точностью ; 10% на участке мг/см-. Нижний предел интервала определяется минимальным углом падения пучка на поверхность, который можно обеспечить с достаточной точностью, в реальном случае 3-6°, верхний предел - положением максимума распределения при данной энергии протонов и QO 90°. Исходя из толщины фольг.

34.

М, 4, М,

.Uj.Jl-2.ij...ill t2 lu3J- Lll. 0° q

267489

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

d ( d)(e )

0„

sin L L ( ту

Коэффициенты q, рассчитывали методом наименьшего направленного расхождения, при этом значение получаемого распределения в i-ой точке находили,

по формуле

, YL Че1С,-ь (С,,,- C,)(i.sinQ, -J ),

где j - целая часть числа isinv . 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 9% соответственно. 5,5 9,3, 13,0 16,9 20,8 24,8 28,9 33,2 37,8 42,6 47,9 53,7 .60,6 69,3 90,0 0,35 0,27 0,20 0,14 0,08 0,03 0,06 0,20 0,21 0,15 0,16 0,26 0,25 0,39 0,37

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.