Способ изготовления источника позитронов Советский патент 1993 года по МПК G21G4/00 

Изобретение касается способов изготовления радиоизотопных источников ионизирующих излучений, точнее, способа изготовления источника позитронов для измерений времени жизни позитронов,

Цель изобретения - уменьшение фона собственной аннигиляции и повышение надежности источника.

Поставленная цель достигается благодаря использованию в конструкции источника пленки аморфного сплава на основе титана, легированного цирконием и кремнием, например, TI - 10% Zr- 15% SI получаемого в виде аморфной пленки толщиной О ,1-2 мкм. путем ионноплазменного осаждения из газовой фазы на подложку. Указанный сплав характеризуется следующими свойствами:

1. При напылении сплава на охлаждаемую подложку происходит его аморфиза- ция, причем при указанном составе сплава и надлежащем выборе материала подложка в получаемой пленке отсутствуют несплошности, если толщина пленки превышает 0,1 мкм.

2. Благодаря аморфному состоянию обеспечивается высокая механическая прочность пленки. Так, усилие на разрыв аморфной пленки указанного состава в 3,5-4 раза превышает характерное для холоднокатаной никелевой фольги такой же толщины.

3. Физические свойства пленки стабильные вплоть до температуры кристаллизации 400°С. Сплав устойчив к воздействию кислот.

00

о о

ю

со

Сочетание указанных свойств сплава l-Zr-Sl позволило предложить следующую етодику изготовления источника. Испольуют две заготовки аморфной пленки, прием пленка не отделяется от подложки, на которую производилось ее осаждение. Используется также медная шайба толщиной ,07-0,1 мм, которая является механической основой источника.

При изготовлении источника водный раствор позитроноактивного препарата, наносят в центр медной шайбы, приклеенной к одной из заготовок аморфной пленки. Раствор выпаривается, а осадок локализуется путем приклеивания к шайбе второй заготовки подложкой наружу. После полимеризации клеевого соединения источник покрывается лаком, за исключением своей центральной части диаметром, соответствующим диаметру активной зоны источника. После этого источник опускают в раствор кислоты и вытравливают подложку в центральной его части, чем обеспечивается выход позитронов через окошки из аморфной пленки. Как уже отмечалось, толщина пленки может находиться в пределах 0,1-2 мкм,

Изготовленный таким образом источ ник показан на фиг.2. Он имеет повышенную механическую надежность благодаря использованию шайбы 3. Этому способству- .ют также отбортовки из материала подложки 4. Они защищают активную зону 1 источника, локализованную фольгой 2, от случайного повреждения пинцетом или образцами при проведении экспериментов в геометрии сандвич.

Достоинством способа является еще и то, что толщина используемых пленок им не ограничивается, поскольку все манипуляции при изготовлении производятся вместе с подножкой. Разумный предел уменьшению толщины пленки обусловлен в основном влиянием фона собственной аннигиляции источника на точность измерения времени жизни позитронов в образцах. Если толщина пленок менее 0,5 мкм, то интенсивность фоновой аннигиляции составит примерно 5% и ошибка измерения станет определяться другими факторами эксперимента таким как разрешение, дрейф пулевой линии и т.п.

Использование пленок аморфных сплавов, полученных методом ионно-плазмен- ного напыления, для изготовления источников позитронов неизвестно и соответствует критерию новизна.

Предлагаемый способ позволяет изготавливать источники на основе пленок практически любой необходимой толщины, т.к. не возникает проблем с манипуляцией и

склеиванием даже при их толщине 0,1 мкм. Поликристаллические фольги такой толщины не поддаются манипуляции из- за наличия сил молекулярного сцепления,

поверхностного натяжения и т.д. Практически нереальной является задача обеспечения сплошности таких фолы при толщине менее 1 мкм.

Использование аморфного сплава вме0 сте с,подножкой позволяет избежать отмеченных трудностей и получить не только прямой эффект, связанный с уменьшением фона собственной аннигиляции, но и сверхсуммарной, дающий саму возможность изго5 товления надежных источников с толщиной окошек менее Т мкм.

Экспериментами показано, что в качестве подложки при ионноплазменном нап ы- лении целесообразно использовать медь

0 или алюминий, т.к. при этом в напыляемой пленке отсутствуют несплошности, если толщина пленки превышает 0,1 мкм. Пример реализации способа. Для изготовления источника позитро5 нов использовалась аморфная пленка, полученная на стандартной, установке ионно-плазменного напыления. Твердая распыляемая мишень имела состав NI - 10%, 2г - 15% Si, содержание примесей

0 азота и углерода не превышало 0,14 мас.%. В качестве подложки использовалась электролитическая медь толщиной 0,1 мм, охлаждаемая до температуры жидкого азота. Характеристики процесса напыления: ток

5 плазмы 20 А, напряжение плазмы 30 В, ток

на мишень 500 мА, напряжение мишени - 2

Кв. Толщина покрытия составляла 0,5 мкм и

достигалась за время напыления 15 мин.

Медная шайба имела толщину 0,1 мм,

0 внутренний диаметр 3 мм, наружный - 12 мм и приклеивалась к одной из заготовок аморфной пленки с помощью клея БФ-2. Полимеризация клея осуществлялась при температуре 250°С в течение 1 ч

5 Позитроноактйвный препарат 22NaCI (водный раствор) наносился с помощью микропипетки в центр шайбы на заготовку из аморфной пленки. После выпаривания к шайбе приклеивалась вторая заготовка

0 аморфной пленки подложкой наружу.

После склеивания источник покрывался цапон-лаком, за исключением своей центральной части. Подложка вытравливалась с помощью азотной кислоты.

5

Было изготовлено 4 источника позитронов активностью 0,5,0,7,1,0 и 1,5 МБк. Эксплуатация источников в течение 1 года сопровождалась контролем их активности по счетным приборам и взятием мазков с

поверхности. Ни в одном из источников потери активности не обнаружено.

Фон собственной аннигиляции в металлических частях источника составлял от 3 до 6%. Для сравнения исследовался источник, изготовленный по известной методике, однако на основе пленки холсднокатанного никеля толщиной 2 мкм. Фон собственной аннигиляции в таком источнике составил 14%, что наглядно демонстрирует преиму- щества предлагаемого способа. Формула изобретения 1. Способ изготовления источника позитронов, включающий капельное нанесение раствора позйтроноактивного препарата на металлическую фольгу, его выпаривание и локализацию осадка с помощью второй металлической фольги, о т- личащийся тем, что, с целью уменьшения фона собственной аннигиляции и повышения радиационной надежности источника, в качестве металлической фольги используют пленку аморфного сплава на основе титана, содержащего цирконий и кремний, на подложке, причем пленку получают путем осаждения на охлажденную подложку из газовой фазы компонентов сплава, перед нанесением раствора препарата к аморфной пленке приклеивают шайбу с наружным диаметром, равным диаметру источника, и внут- ренним, соответствующим размеру активного пятна, раствор позйтроноактивного препарата наносят в центр шайбы на аморфную пленку, а локализацию осадка осуществляют путем приклеивания к шайбе второй пленки аморфного сплава на подложке, идентичной первой, подложкой наружу, после чего удаляют подложки путем травления с обеих сторон источника в его центральной части, напротив активного пятна.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью оптимизации размеров источника, шайбу выполняют из меди толщиной 0,1 мм с внутренним диаметром 3-4 мм и наружным 10-12 мм, а в качестве материала подложки используют медь или алюминий толщиной 0,1-0,2 мм,

Использование: изготовление источников позитронов, используемых для измерения времени жизни позитронов при исследовании твердых Тел. Сущность изобретения: для изготовления источника используется пленка специального аморфного сплава толщиной 0,2-2 мкм, изготовляемая путем ионно-плазменного напыления на подложку. Специальные меры обеспечивают возможность манипуляции с фольгами малой толщины при изготовлении источника и его механическую надежность Фон собственной аннигиляции при использовании аморфной пленки толщиной 0,5 мкм составляет 3-6%. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. .