Способ имплантации радиоактивных ядер бериллия-7 Советский патент 1993 года по МПК G21K5/00 

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к способам для облучения образцов и изделий заряженных частицами и предназначено для создания радиоактивной метки, состоящей из имплантированных ядер бериллия-7, необходимой, например, для исследования износа или коррозии исследуемых образцов или изделий,

Цель изобретения - расширение области применения способа на объекты из легкоплавких материалов с низкой теплопроводностью.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе, конвертор с высоким содержанием водорода (например, водород-газ) облучают пучком ионов бора-10, ускоренным до энергии до 80 МэВ), (интервал выбран исходя из сечений образования бериллия-7), Причем толщину конвертора выбирают оптимальной (для водорода-газа 2-5 мг/см2), а энергию ионов бора-10 также выбирают оптимальной 60-80 МэВ, Кроме того - и это является существенным, для того, чтобы воспрепятствовать попаданию

первичного пучка бора-10 (имеющего интенсивность более чем на три порядка большую величину, чем интенсивность имплантируе- мых в образец ядер бериллия-7) между во- дородосодержащей мишенью и образцом помещают металлический фильтр с хорошим тепловодом такой толщины, чтобы только задержать ионы бора-10, а часть ионов бериллия-7, образованных в водоро- досодержащей мишени прошла через него и имплантировалась в образец. Это возможно вследствие того, что удельные потери 1 энергии (dE/dX) в одинаковом материале и при одинаковых энергиях для бора-10 существенно больше, чем для бериллия-7. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от него тем, что используется облучение не ионами лития-7 (реакция H(7Li, Be), а облучение ионами бора-10 конвертора с высоким содержанием водорода, т.е. реакция Н( В, Be), имеющая также высокое сечение образования Be(до 350 мБарн в диапазоне энергий 40-70

(Л

С

00

а

СлЗ

о

ы

МэВ), причем между водородосодержащей мишенью и образцом помещается фильтр такой толщины, чтобы он задержал первичный пучок бора-10 и пропустил большую часть ионов бериллия-7 в образец. Это позволяет имплантировать в образец только ядра бериллия-7, пучок которых имеет малую мощность, поэтому не вызывает перегрева легкоплавких материалов, из которых может быть изготовлен образец или изделие (таких, как например, пластмассы или резина), чего невозможно добиться в прототипе.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом,

Пучок ионов бора-10,, ускоренных в ускорителе (1) оптимальной энергии (60-80 МэВ) входит в водородосодержащий конвертор (2) толщиной I, зависящей от энергии первичного пучка и материала конвертора и определяемой также зависимостью сечения образования бериллия-7 от энергии бора- 10, образует в конверторе пучок ядер бериллия-7 с определенным спектром энергий, В конце конвертора устанавливается фильтр (3), толщина которого равна пробегу ионов бора-10 в материале фильтра или чуть-чуть больше. Т.о. весь первичный пучок ионов бора-10 застревает в конце фильтра, а большая часть ионов бериллия-7 из-за меньших удельных потерь энергии этими ионами (т.к. заряд их ядер меньше заряда ядер бора-10) проходит через фильтр, потеряв только часть своей энергии, и импланти- руется в образец (4), который необходимо исследовать на износ или коррозию.

Пример. Предлагаемый способ реализован следующим образом, Пучок ионов бора-10 ускорялся в циклотроне до энергии 60 МэВ и облучал газовый водородный конвертор толщиной 3,6 мг/см , отделенный от ионопровода циклотрона фольгой из дура- терма толщиной 8 мг/см2. Пучок ядер бериллия-7, образуемый в реакции Н( В, 7Ве) выходил из конвертора и имплантировался в стопку тонких (8 мкм) алюминиевых фолы. Концентрация бериллия-7 в каждой из фолы регистрировалась путем измерения гамма-излучения, вызываемого распадом бериллия-7 (Е кэВ) и результаты измерений использовались для калибровки. После этого в таком же режиме вместо стопки

фолы устанавливался алюминиевый фильтр толщиной 58 мкм, а за ним по ходу пучка образец из полиамида, после чего опять происходило облучение системы бором-10.

В этом случае весь первичный пучок задерживался фильтром, а в образец имп- лантировались только ядра бериллия-7. Облучение проводилось током ионов бора-10 0,5 мкА. Последующие исследования показали, что при интеграле тока 1,7 мкА ч в полиамидный образец было имплантирова- но 6 101 ядер бериллия-7 (2,5 мкКи) без каких-либо повреждений образца (т.е. без попадания первичного пучка бора-10 на образец). Полученная в эксперименте скорость имплантации ядер бериллия-7 в образец существенно превосходит скорость имплантации, описанную в литературе, полученную в другом способе.

Использование предлагаемого способа имплантации бериллия-7 в образцы обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.

Позволяет имплантировать радиоактивные ядра бериллия-7 в легкоплавкие образцы и изделия без изменения их структуры, причем при этом обеспечивается высокая скорость имплантации бериллия-7 ( 107 ядер/с). Если учесть, что радиоактивные ядра бериллия-7, имплантированные в пластмассовые или резиновые изделия, являются практически единственными радиоактивными ядрами для создания меток при изучении износа этих материалов, из которых

в настоящее время изготавливаются многие детали машин (например, в автомобилестроении), то предлагаемый способ имеет большое технико-экономическое значение. Формула изобретения

Способ имплантации радиоактивных ядер бериллия-7, включающий облучение водородсодержащего конвертора пучком ионов и установку имплантируемого объекта в поле ядер бериллия-7, отличающийс я тем, что, с целью расширения области применения способа на объекты из легкоплавких материалов с низкой теплопроводностью, конвертор облучают ионами бора-10 с энергией в диапазоне 30-90 МэВ,

а между конвертором и имплантируемым объектом устанавливают металлический фильтр с толщиной, равной пробегу ионов бора-10 после конвертора.

лучка

Использование: в ядерной физике. Сущность изобретения: конвертор с высоким содержанием водорода (например, водород-газ), облучают пучком ионов бора-10, ускоренным до энергии 30-90 МэВ. Первичный пучок бора-10 после конвертора устраняют фильтром толщиной, равной пробегу ионов бора-10 после конвертора, установленным между конвертором и облучаемым образцом, 1 ил.