Устройство для введения радионуклидов в образец Советский патент 1988 года по МПК G01N23/221 

Изобретение касается получения радионуклидов и использования их в качестве радиоактивных индикаторов.

Целью изобретения является повышение удельной активности, вводимой в образец.

На чертеже схематически изображено описьшаемое устройство.

Источник ионов 1, представляющий собой циклический или линейный ускоритель, позволяет ускорить ионы с Z 2 до энергий вьпае 1 МэВ/нукл Пучок ионов 2 формируется танталовым коллиматором 3 до поперечных размеров толстой мишени 4, вьшолненной в виде полого усеченного конуса, ось которого направлена строго по оси пучка ионов. Образец закреплен на держателе 5 внутри мишени 4 вплотную к верхнему основанию усеченного конуса. В случае необходимости для устранения облучения образца первичным потоком ионов коллимирующее отверсти выполняется в виде кольца радиусами, равными радиусам оснований конической мишени, т.е. г и R. Ядро 6 отдачи, возникающее в результате вза- .имодействия, внедряется в образец. Бомбардирующий ион при прохождении через вещество мишени 4 на глубине I взаимодействует с ядром исходного элемента, из которого в результате образуется ядро 6 требуемого радионуклида, вылетающего из мишени под углом V. Если угол V меньше угла наклона мишени , к направлению пучка, то ядро отдачи не. вылетит из мишени. При V L/2 ядро отдачи, пройдя в мишени расстояние Х.,, может поD

кинуть мишень в том случае, если его пробег Rj, в мишени больше, чем это расстояние, т.е.

Яо

Y f

Б sin (©-572)

Ранее установлено, что наибольший выход из мишени наблюдается при углах при вершине конуса 10-20° ( 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

0

0

5

0

5

0

будет меньше, чем в том случае, когда конус обращен вершиной к источнику.

Однако удельная активность (число ядер на площадь образца) должна быть вьппе, чем для каждого отдельного образца фиксированной площади (-2 см) в прототипе. Для обеспечения макси- (альной удельной активности (внедренной в единичньй образец) необходимо только правильно подобрать отношение радиусов меньшего (г) и большего оснований (R) усеченного 5 конуса, т.е.подобрать г/R таким, что отношение активности, внедренной в образец, к активности всех образованных радиоактивных ядер в полном конусе (г 0) будет максимальным. При увеличении r/R () практически все вылетевшие из мишени ядра попадут на образец, в случае все ядра будут поглощаться противоположными стенками мишени. Однако в первом случае () 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 тока) ток на мишени меньше. Поэтому дол;кно существовать оптимальное знач€;ние отношения r/R, при котором отношение активности ядер, внедренных в образец, к актив - ности всех образованных в полном конусе () ра иоактивных ядер будет максимально. Площади боковых

и пол-

JC

поверхностей усеченного S

кого конусов связаны выражением:

с - f - - иолг,. .

R

Из этого выражения по измеренной активности радиоактивных ядер, образованных в усеченном конусе А , можно определить активность их для

.ПОЛИ

полного конуса А :

поли I А А

1

l-r /R

(2)

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

А , для максимального значения от,ООР ,.2 ,„2 ч 1,1.,oSp,

ношения А (1-г /R )/(А + А ) - отношение активности в образце к активности всех ядер, образованных в полном конусе (т.е. когда ток мишени Максимальный) находят оптимальное значение отнош ения. t/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 ериллий-алюминиевых фольг толщиной 50 мкм (содержание бериллияw20%) . Угол при вершине конусов выбран 10°, поскольку в этом случае достигается ысокий выход ядер фтора-18 из мишени 31,2%, а линейные размеры мишеней хорошо соответствуют размерам поперечного сечения пучка ионов и размерам образцов. Диаметры образцов из алюминия толщиной ,5 мм 0,5- 2 см. Они имели держатель со стороны верхнего основания конусов. С поощью этого держателя регулировалось

В этой таблице В - 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 г и R; в - отношение активности в образце к активности образованных в полном конусе ядер фтора-18. Характеризует эффективность устройства по сравнению с прототипом, когда измеряется полньй ток пучка (сечение

положение образцов по 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 образцы, с помощью многоцелевого гаммаспектрометра СЭСГ-2-16 с кристаллами Nal(Tl) диаметром 150x100 мм. Для различных отношений r/R рассчи- тьгоали отношения активности в образце к активности всех образованных ядер фтора-18, образованных в мишени в виде полого конуса () по формуле:

. йбр

oSP.

.оБР.

Г А

А (1-rVR )(А. ч- А)

(3)

25

В таблице приведены значения отношений

oSf

в | с;-до&рНОО%, «°SP

30

поТн -100%,

в

макс

(В )

100%

в зависимости от r/R

0

5

пучка - круг радиусом R) . В - характеризует изменение величины

полнВ по сравнению с максимальным ее значением (при r/R 0,6 100%). Как видно из таблицы, число ядер отдачи, введенных в образец, при фиксированном токе пучка круглого сечения радиусом, равным радиусу большего основания мишени R, максимально в диапазоне значений r/R 0,5 - 0,7, составляя соответственно 89 и 85% от максимального значения при r/R 0,6. За пределами этого диапазона выход уменьшается, составляя

ч70 и 74% от максимального значения для r/R 0,45 и 0,75 соответственно, что значительно выше, чем у прототипа. При оптимальном значении отношения r/R 0,6 почти 15% всей возможной наведенной активности фтора- 8 будет вводиться в образец} для прототипа в образец той же площади, имеем не более 1-2% вводимой активности, хотя суммарно вводимая активность в 2 раза больше ( 31,2%). Таким образом, предлагаемое устройство значительно эффективнее прототипа в тех случаях, когда нужно вводить радионуклид в образец небольшой площади (1-2 см , что имеет обычно место в активадионном анализе.

I

Ядерным реакциям, возбуждаемым тяжелыми ионами на ядрах легких элементов,присущи схожие по формуле угловые распределения радиоактивньк 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 будут близкими. Наличие плато в зависимости удельной активности фто- ра-18 в достаточно широком диапазоне отношений r/R 0,5-0,7 позволяет сделать вьшод о применимости описанного устройства с отношением радиусов оснований r/R 0,5-0,7 и для других ядерных реакций, возбуждаемых тяжелыми ионами на легких ядрах. Таким образом, можно вводить радионуклиды , N,0 по ядерным реакциям, возбуждаемым ионами азота-1Д на боре и азоте:

,

, С) С,

10

B(S, В).

N,

N(,15 N) N, и др.

,

) о

15

Формула изобр,е тения

1.Устройство для введения радионуклидов в образец, содержащее источник ускоренных ионов, держатель образца, и толстую конусообразную мигаень, содержащую элемент, при активации которого образуется требуемый радионуклид, внедряющийся из мишени в образец, за счет энергии ядерного превращения, отличающее- с я тем, что, с целью повышения удельной активности, вводимой в образец, 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 - чающееся 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

Тираж 847

Подписное

Изобретение относится к области получения радионуклидов, используемых в качестве радиоактивных индикаторов . Цель изобретения - повьше- ние 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&