Способ имплантации радиоактивных ядер бериллия-7 Советский патент 1992 года по МПК G21K5/00 

Изобретение относится к ядерной физике, а более конкретно - к способам облучения образцов и изделий заряженными частицами, и предназначается для создания радиоактивной метки из имплантированных радиоактивных ядер бериллия-7, необходимой, например, для исследования износа исследуемых образцов или изделий.

Известен способ имплантации радиоактивных ядер (в том числе и ядер бериллия-7). заключающийся в высокотемпературной диффузии этих ядер с поверхности образца, покрытого слоем этих ядер, в глубь материала.

Недостатком этого способа является чрезвычайная трудность имплантации на большую глубину, требуемую для исследований износа, а также совершенно неудовлетворительное распределение концентрации ядер бериллия-7 перпендикулярно к

поверхности образца (экспоненциально убывающее).

Наиболее близким у. предлагаемому является способ имплантации ядер бериллия- 7, полученных в результате облучения мишени из углерода пучком ионов азота, ускоренных в ускорителе до энергии более 240 МэВ при использовании оеакции фрагментации С(14М, 7Ве).

Известный способ имеет ряд недостатков. Поскольку сечения фрагментации малы (менее 10 мБарн), то коэффициент конверсии (отношение числа образованных ядер бериллия-7 одним ядром первичного пучка ускорителя при прохождении мишени-конвертора) мал и составляет не более 10 . Ускоритель, требуемый для получения такой высокой энергии ионов азота (более 240 МэВ), очень дорогой (в прототипе использовался для этого уникальный сверхпроводящий циклотрон) Интенсивность

VJ

сл

00

о о

пучка ионов азота с такой энергией мала. Все это приводит к малой производительности бериллия-7.

Цель изобретения - повышение производительности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе имплантации радиоактивных ядер бериллия-7 производят облучение во- дородсодержащего (сонвертора пучком ионов лития-7, ускоренным до энергии 40- 60 МэВ.

Кроме того, конвертор облучают пучком лития-7 дискретно не менее чем с двумя выбранными энергиями из диапазона 40- 60 МэВ.

При этом в качестве конвертора используют заполненную под давлением водоро,- дом камеру с толщиной не менее 5 мг/см при размещении имплантируемого объекта непосредственно на камере с противоположной облучающему пучку стороны.

На фиг. 1 показана схема реализации способа; на фиг. 2 - зависимость коэффициента конверсии от энергии Е ионов лития-7 для полиэтиленового конвертора с толщиной 20 мг/см ; на фиг. 3 - зависимость концентрационных распределений имплантированных в алюминиевые фольги ядер бериллия-7 при разных энергиях ионов лития-7 для того же конвертора; на фиг. 4 - получение однородного распределения концентрации бериллия-7 в образце путем облучения полиэтиленового конвертора пучком лития-7 с двумя энергиями и разными интегралами тока ( 55 МэВ и Еуу 45 МэВ), причем при облучении с 45 МэВ между конвертором и образцом устанавливается фольга из алюминия толщиной 18 мКм; на фиг. 5 - зависимость коэффициента конверсии от толщины газового водородного конвертора и энергии пучка ионов лития-7.

Способ осуществляют следующим образом.

Пучок ионов лития-7, ускоренный в ускорителе 1 до энергии 40-60 МэВ в зависимости от материала конвертора и толщины выходящего из ускорителя фольгового окна, облучает водородсодержащий конвертор 2 с толщиной I, зависящей от материала конвертора. При этом образуется пучок ядер бериллия-7, который имплантируется в объект 3.

Предлагаемый способ реализован следующим образом.

Пучок ионов лития-7 ускорялся в циклотроне до энергий от 4 до 60 МэВ и облучал полиэтиленовый конвертор толщиной 20 мг/см . Пучок ядер бериллия, образующийся в конверторе по реакции Н (Li, Be), выходил из конвертора и имплантировался

в стопку тонких (6 мкм) алюминиевых фолы. Концентрация бериллия-7 в фольгах регистрировалась путем измерения гамма-излучения, вызываемого распадом бериллия-7 (Е 478 кэВ). Измеренный коэффициент кон0 версии в зависимости от энергии ионов лития-7 приведен на фиг. 2, а распределение концентрации бериллия-7 в фольгах - на фиг. 3. Из этих рисунков видно, что имеется оптимальное значение энергии ионов ли5 тия-7, при котором коэффициент конверсии достигает высокого значения (более 3 для тола(ины полиэтиленового конвертора (20 мг/см2). Обоснование интервала энергии ионов лития-7 для данного способа сле0 дует из данных табл. и фиг. 2, откуда видно, что при уходе из диапазона 40-60 МэВ коэффициент конверсии падает до 0 при снижении энергии до 35 МэВ и в 4 раза при увеличении энергии с 50 до 65 МэВ.

5Форма спектра концентраций (фиг. 3)

позволяет легко делать однородное распределение концентрации бериллия-7 по глубине образца путем изменения энергии ионов лития-7, облучающего конвертор, что иллю0 стоируется фиг. 4.

Аналогичные зависимости коэффициента конверсии от энергии ионов лития-7 и толщины конвертора получены и для газового водородного конвертора (фиг. 5).

5Формула изобретения

1.Способ имплантации радиоактивных ядер бериллия-7, заключающийся в получении ядер бериллия-7 путем облучения конвертора пучком ускоренных ионов и

0 размещении имплантируемого объекта в поле образовавшихся ядер бериллия-7, о т- личающийся тем, что, с целью повышения производительности, производят облучение водородсодержащего кон5 вертора ионами лития-7 с энергией в диапазоне 40-60 МэВ.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем. что облучение конвертора производят дискретно не менее чем при двух различных

0 энергиях из указанного диапазона.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что в качестве конвертора используют заполненную под давлением водородом камеру с толщиной не менее

5 5 мг/см и имплантируемый объект размещают непосредственно на камере с противоположной облучающему пучку стороны.

Фиг. /

Использование: ядерная физика, а более конкретно - способы облучения образцов и изделий заряженными частицами, предназначается для создания радиоактивной метки из имплантированных радиоактивных ядер бериллия-7, необходимой, например, для исследования износа исследуемых образцов или изделий. Сущность изобретения: производят облучение водо- родсодержащего, например полиэтиленового или газового конвертора ионами лития-7 с энергией з диапазоне 40-60 МэВ. Для- получения равномерного распределения ядер бериллия-7 в имплантируемом объекте производят дискретное облучение конвертора ионами лития-7 не менее чем с двумя различными энергиями в указанном диапазоне. 2 з.п.ф-лы. 5 ил, 1 табл.

3 Ю

-v 240

-V

НО

10 20 30 W 50 6О 7D

Ет Мэв

}

j

5 Ј

I

Q

О 20 40 60 8О 100 Ш мкМ по.-. №

Фиг. 2

о&асто

однородной концентрации

i

к

§

3Ч

I

U

20WЈ0

толщина ДЈ Фиг 4

Ю-Ю

&

810

6-10

№).

2-tO

-J i1i1LЫ

г- -(./onmutf

Фиг.з

Составитель К. Кононов Редактор А Маковская Техред М.МоргенталКорректор Т Вашкович

мкМ

(Ј и

макс

60

-О-

(Јl/)

0ЛГЛЦМ

40

.

вход

20

8Ю 2 4Ь

Ы

-(./onmutf