Способ получения короткоживущих радиоактивных изотопов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРОТКОЛИВУЩИХ , РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ, заключающийся в том, что пучок про тоноа направляют на разогретую мишень из тугоплавкого материала, о азущиеся в результате облучения изотопы разделяют с помощью масс-сепаратора с последующим определением элементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времёtw задержки продуктов реакции в мишени , в качестве мишени используют фольгу, толщиной ;яе более 100 мкм, скрученную в рулон, который устанавливают таким образом, чтобы ось рулона совпадала с осью протонного ,пучка. (Л

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1030856

gt5O 621 61 10

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ1ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3334184/ IS-25

:(22) 04.09.81 (46) 23.07.83. Бюл. Н 27

{72) 8.H.Ïàíòåëååâ,è A.À.ÀõìoíåH (71) Ленинградский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова

АН СССР (53) 539.1 03(088.8) (56) 1. L.Hålgе Ravn. Stadiee 1и . он -.line Mass separation. CERN, Geneva SwIйлег1апД, December, 1978.

2. L.С.Carraz I.R.Haldorsen

Н.L.Ravn. И.Skarestad and L.Мезйдаard. "Fast Release of nuclear reaction products from refractory matrices",.Nucl. Instrum. Methods, v.148 р. 217, 1978 (прототип).. (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРОТКОживущих, РАдиоАктивннх изотопов, заключающийся в том, что пучок протонов направляют на разогретую мишень из тугоплавкого материала, образующиеся в результате облучения изотопы разделяют с помощью масс-сепаратора с последующим определением злементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени задержки продуктов реакции в мишени, в качестве мишени используют фольгу, толщиной не более 100 мкм, скрученную в рулон, который устанавливают таким образом, чтобы ось рулона совпадала с осью протонного ,пучка.

Ф

56 .2

1 10308

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может найти применение в установках, использующих масс-сепараторы или массспектрометры, работающие в линиюс с ускорителями протойов для полу" чения радиоактивных короткоживущих изотопов.

Известен способ согласно которому получение короткожйвущих радиактив- 10 ных изотопов осуществляется с помощью ISOL (tsotop Separator on Iine)установок, работающих на пучках раз-. личных налетающих частиц.

Продукты реакций налетающих частиц с ядрами элементов диффундируют к поверхности мишени, нагретой до температуры выше точки плавления, испаряются попадают в ионный источник, ионизируется и далее, сформированные. ион" ной оптикой, гюпадают в магнит-анали--затор, после чего разделенные гю массам изотопы подают к коллекторам экспериментальных установок.

В качестве мишени в этом способе исгюльзуют расплавленные элементы(1)

Таким способом обычно получают легколетучие- радиоактивные изотопы (например, самария и европия)

Наиболее близким техническим реше,нием к изобретению является способ получения короткоживущих радиоактивных изотопов, заключающийся в том, что пучок протонов направляют ка разогретую мишень из тугоплавко" го материала, образующиеся в резуль- И тате облегчения изотопы разделяют с помощью масс-сепаратора с последующим определением элементов 1 2 1, В данном случае в качестве мишенного вещества на пучке протонов с энергией 600 ИэВ используется танталовый порошок с размерами зерен

10-20 микроы, нагреваемый до 2400 С.

Вес миаенного вещества достигает

150 г/см, что обеспечивает высо- . 45 кую эффективность использования протонного пучка. Такая мишень., обеспечивает время задержки для иттербия

:1одного из.самых легколетучих редко" земельных элементов )около 30 с. 5о

Недостатком известного способа является, достаточно большое время задержки иттербия, получаемого из этой мишени.

Кроме того, недостатком является у также невозможность оолучения изото пов труднолетучих редкоземельных элементов таких как лантан, церий, празеодим, гадолиний, гольмий, тулий, лютеций, так как при температуре необходимой дпя быстрого выхода этих элементов (724000 С) порошок спекается и при этом наблюдается увеличение времени задержки. При этом удаленные от полосы З -стабильности изотопы вышеуказанных редкоземельных элементов иэ мишени не выделяются, гюскольку они обладают малым временем жизни °

Целью изобретения является уменьшение времени задержки продуктов реакции в мишени.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения короткоживущих радиоактивных изотопов, заключающему в том, что пучок протонов направляют на разргретую мишень из тугоплавкого материала, образующиеся в результате облучения изотопы. разделяют с помощью масс-сепаратора с последующим определением элементов,,в качестве мишени используют фольгу, толщиной не более 100 мк, скрученную в рулон, который устанавливают таким образом, чтобы ось рулона совпадала с осью протонного пучка.

Обычно, когда измеряют концентрацию диффундирующего вещества в зависимости от времени для нахождения коэффициента диффузии используют второе диффузионное уравнение фика: в одномерном случае

Зс 3 с а1 ax2 где С - концентрация исследуемого вещества;

D - -коэффициент диффузии.

Это уравнение справедливо для малых концентраций диффундирующего вещества, что всегда выполняется в случае об разования исследуемых диффундирующих элементов в веществе мишени в реакциях.

Для решения конкретных диффузионных задач это уравнение интегрируется с определенными начальными- и граничными условиями. Например, для пгюской пластины, у которой толщина а значительно меньше двух других раз" меров (фольга ) при следующих начальных условиях.

При t 0 С С < О 4 х с Ь (в пластине)

С 0 х фа1 (за ее пределами) х < 01 и при условии СО, при х0, x-=а (т.е. нет накопления дифундирующего: вещества на поверхности ) получаем .

1030856

8 1 о у2 О Л»+

2 ) хЕ где С—

Со

Оу2 — — Ф

„2 о-г е

Я (2);

Если е качестве t взять время ь.1<2, в течение которого концентрация диффундирующего вещества в пластине

; уменьшается в два раза (время полу: выделения ), после логарифмирования (2P0

: получаем:

0 »=0,049- о» / <2 (3 ) .

Время полувыделения71цили среднее время задержки = <<2I? 2 исполь- М

12 и эуют для характеристикй быстродей. ствия мишени. Оно показывает за какой интервал времени из мишени выхо, дит половина образовавшейся в ней .активности «40

0,04.9 ei

4(2 - 1»

Из 1,4 ) видно, что для уменьшения времени задержки необходимо увеличи- 45 вать величину коэффициента диффузии

D, чего добиваются повышением температуры мишени, так как 0 имеет следующую зависимость от температуры

D D„,g @" (5) sO где (} - энергия активации диффузии;

0 - параметр, определяемый из эксперимента;

R - постоянная Ридберга;

Т. К -- температура среды, в которой происходит диффузия.

Из 1,4) также видно, что для уменьшения времени задержки диффундирующеконцентрация диффундирующего вещества в момент времени

t; концентрация диффундирующего вещества в момент времени .

t=0-, коэффициент диффузии; толщина пластины.

Так как ряд (1 ) быстро сходится, то для вычисления коэффициента диффузии обычно ограничиваются первым членом го вещества е мишени необходимо уменьшать ее толщину.

Если использовать в качестве мишени тонкие фольги толщиной меньше

100 мкм (более толстые фольги из-за увеличения времени диффузии (см.(4 ) дадут времена задержки, сравнимые с временами задержки в порошковой мишени ), можно обеспечить быструю диффузию продуктов реакций, поднимая температуру нагрева мишени до температуры, близкой к точке плавления мишенного вещества, например, до 2700-2800 С.для тантала. При этом не будет происходить увеличения времени задержки эа счет эффекта спекания, что имеет место в порошковых мишенях при температурах, значительно меньших температур плавле<» ния (для тантала 2400 С}.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Иэ Фольги приготавливают плотный рулон сечением примерно равным сечению нелетающего протонного пучка.

Вес такого рулона приблизительно равен пЬловине веса стержня такого .же размера, что при длине мишени

100 мм обеспечивает массу, достаточную для эффективного использования протонного пучка. Далее такой рулон помещают в мишенный контей. нер так, что протонный пучок попа" дает в торец рулона и проходит параллельно .центральной его оси.. Продукты реакции, образовавшиеся в мише. ни при высокой температуре, диффундируют к ее поверхности, испаряются в объем мишенного контейнера, попадают в ионный источник, соединенный с мишенным контейнером, ионизируются и далее, ускоренные электрическим полем и разделенные по массам в магнитном поле, доставляются к коллектору, где с помощью детекторов измеряют их радиоактивное излучение и проводят их идентификацию.

Были проведены работы по реализации предлагаемого способа получения редкоземельных элементов..Приготовленная в виде плотного рулона танталовая фольга толщиной 20-5 мкм весом 40 г помещалась в контейнер, нагреваемый проходящим через него током, так, что протонный пучок проходил вдоль центральной оси рулона.

1»родукты реакций, выделяющиеся из вещества мишени, попадали в ионный источник и затем в виде ионов, раз1030856 деленных по массам с помощью массспектра, подавали на коллектор для последующего измерения их радиоактивного излучения.

Элемент время полувыделения, с 32 16 12 4 1 35 20 12 40 . (1 40

Составитель Г.Ковалев

Редактор А.Шандор .Техред B,äàëåêîðåé Корректор Л.бокшан

Заказ 5222/52 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Время задержки в мишени определяли следующим образом: после облучения мишени, находящейся при температуре Т (измерения величин в интерва-. вале температур 2000-2700 С ):в момент .времени t выключали протонный пучок и начиналась имплантация ионов с определенным массовым числом А в магни гную ленту лентопротяжного устройства, являющуюся коллектором масс-сепаратора, Далее через

С использованием мишени из танталовых фольг на установке ИРСС были получены и исследованы нейтронодефицитные изотопы тулия и лютеция.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что используя мишень достаточно большой массы, что обеспечивает высокую эффективность работы на протонном. пучке, можно получать из нее широкий круг элементов с малыми временами. задержки. Данный способ позволяет изинтервал времени cLt(время имплантации ), высаженный на ленту источник подавали к детекторам излучения, с помощью которых измеряли его актив.5 иост ь и проводили дополнительную идентификацию по его периоду полураспада. Во время имплантации следу. ющего источника измеряли предыдущий и так далее: По спаду активности им>0 плантированных источников с вычетом фона и учетом поправки на распад измеряли время задержки атомов продукта в мишени, В таблице приведены полученные из мишени элементы и

15 времена их полувыделения при температуре 2700 С. бежать увеличения времени задержки из-за эффекта спекания, что дает

25 возможность работать при температуре, достаточно близкой к температуре. плавления мишенного вещества и обеспечивает максимальную величину коэффициента диффузии,, а значит миниЗО: мальное значение времени задержки.

Это позволяет эффективно получать и исследовать короткоживущие радиоактивные изотопы, с малыми периодами полураспада.