ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Мишени для бомбардировки на циклотроне. Возникновение радиоактивных загрязнений из "Радиохимия и химия ядерных процессов" Во-первых, с помощью облучения на циклотроне удается получить в заметных по масштабу активности количествах ряд важных радиоактивных изотопов, получение которых в реакторе пока невозможно (F , Na 2, V , Mn , Ga , As , Y , d os, W и др.). Отметим, что изотопы образуются при этом с большой удельной активностью. По типу излучения среди указанных циклотронных изотопов преобладают изотопы с дефицитом нейтронов, распадающиеся путем захвата орбитальных электронов и р+-распада. Напротив, ядра изотопов, получаемых в реакторе, имеют избыток нейтронов и распадаются чаще всего путем р- распада. [c.714] Во-вторых, метод бомбардировки быстрыми ионами на циклотроне является единственным способом производства многих котловых радиоактивных изотопов в виде препаратов, свободных от носителя. Так, например, изотопы Na , Сг , Fe , u без носителя производятся путем дейтонной бомбардировки мишеней, изготовленных соответственно из металлических алю.ми-ния, ванадия, кобальта, цинка. Мы уже указывали, что в противоположность этому ядерные реакции (л, 7), осуществляемые в реакторе, обычно приводят к образованию препаратов Na , fSi Fe , u и других изотопов с относительно невысокой концентрацией радиоактивных атомов в большой массе химически идентичных неактивных атомов материала мишени. [c.714] По мере прохождения пучка бомбардирующих частиц через толстую мишень (практически достаточна толщина 0,01—0, мм) заметно изменяются энергия и число частиц. Кривые выхода радиоактивных изотопов в этом случае не имеют максимума при Стах, как ЭТОГО требует формула (2-18). Зависимость выхода ядерной реакции от энергии представляется кривой, которая имеет вид экспоненты, переходящей в прямую, параллельную оси абсцисс, при достаточно больших Е. ан- Приблизительное постоянство удельной активности при больших Е оп объясняется тем, что глубина проникновения бомбардирующих частиц в мишень непрерывно растет с увеличением ош при этом рост выхода вследствие активации атомов из более глубоких слоев мишени приблизительно компенсирует падение выхода вследствие уменьшения эффективного сечения данной реакции. [c.716] Заметим, что реакции первых двух типов можно, в принципе, осуществить при бомбардировке мишеней быстрыми нейтронами однако, поскольку направить на образец большое число дейтонов легче, чем большое число быстрых нейтронов, предпочтение обычно отдается бомбардировке дейтонами. [c.717] Дейтонная реакция (с , р) редко используется для производства радиоактивных изотопов. Эта реакция менее приемлема, чем дающая тот же результат реакция п, 7) на ядерном реакторе, так как в последнем случае можно облучать большие количества вещества в течение более продолжительного времени. Кроме того, при бомбардировке дейтонами с энергией 20— 30 Мэв реакция (1,р) часто сопровождается побочной реакцией (с1, йп), создающей радиоактивный изотоп того же элемента, что нежелательно. Отношение вероятностей этих двух реакций составляет не менее 10 1. [c.717] Одна из действующих установок для систематического производства изотопов методами дейтонной бомбардировки — синхроциклотрон фирмы Филиппе в Амстердаме — приспособлена для работ с внутренним дейтонным пучком. В этом случае дейтоны молшо ускорять до энергий 30 Мэв (а-частицы до 60 Мэв). Средняя интенсивность пучка сравнительно невелика — всего 30—40 мка. В табл. 11-18 приведены ядерные реакции, применяемые на синхроциклотроне для выработки радиоактивных изотопов. [c.717] Реакции, вызываемые бомбардировкой различных мишеней быстрыми протонами, характеризуются обычно меньшим выходом, чем реакции, вызываемые дейтонами. Среди протонных реакций выделяются более высокими эффективными сечениями в интервале энергий до 25 Мэв реакции типа (р,п) и р,2п). [c.717] Как правило, они приводят к возникновению тех же радиоактивных изотопов, что и дейтонная реакция (й,п), причем реакция р, п) идет на ядре, являющемся более тяжелым стабильным изотопом облучаемого элемента мишени, а реакция (р,2п) —на более легком ядре. Выходы реакций (р,а) и (р,2р) оказываются заметно отличными от нуля только для некоторых легких и средних ядер. [c.718] Протонного пучка во избежание перегрева мишени, либо вследствие неполного использования протонов при бомбардировке капсюльных мишеней. [c.720] Следует заметить, что число радиоактивных атомов, получающихся при бомбардировке циклотронных мишеней а-частицами с умеренной энергией или более тяжелыми заряженными частицами, чрезвычайно мало. Поэтому соответствующие методы получения изотопов не находят практического применения. [c.720] При облучении циклотронных мишеней пучком заряженных частиц выделяется энергия мощностью от нескольких сот ватт до десятков киловатт. Так, например, при бомбардировке на синхроциклотроне фирмы Филиппе на поверхности мишени постоянно превращается в тепло 900 вт на окриджском циклотроне выделяемая мощность достигает 22 кет. Чтобы не допустить расплавления или улетучивания образца (что привело бы к ухудшению вакуума в камере циклотрона), материал мишени должен выдерживать высокую температуру, обладать большой теплопроводностью и хорошими вакуумными свойствами. Эти требования легко выполнить при облучении металлов, способных противостоять очень высоким температурам (молибден, вольфрам). Однако подобные случаи встречаются на практике сравнительно редко. Обычно приходится изыскивать методы искусственного повышения отвода тепла с поверхностей термически менее стойких, чем молибден или вольфрам. Одним из способов улучшения теплоотвода является увеличение площади облучения посредством установки млшени под малым углом к пучку. С этой же целью применяют вращающиеся или качающиеся мишени. [c.720] Указанные способы нанесения покрытия на охлаждаемую подложку обеспечивают для ряда веществ настолько эффективный тепловой контакт, что оказывается возможным производить бомбардировку интенсивными потоками частиц без риска повреждения мишени и уноса активности. Однако имеется много элементов, которые, будучи нанесенными на подложку в свободном виде или в виде соединений, в процессе бомбардировки перегреваются (ЫаР, Ое, 5гО). Чтобы обеспечить эффективное облучение, подобные вещества помещают в тонкостенные герметически закупориваемые капсюли. Боковые поверхности капсюльных мишеней окружены рубашкой с холодной водой. Поглощение бомбардирующих частиц в передней стенке капсюли уменьшает энергию частиц (от 22 до 15 Мэв)-, в результате выход нужного изотопа получается значительно меньшим (табл. 12-18). [c.721] Облучение заряженными частицами на циклотроне, по сравнению с нейтронным облучением в реакторе, дает большее число побочных ядерных процессов, создающих изотопы, которые являются радиоактивными загрязнениями. Источниками подобных загрязнений служат нейтроны или другие вторичные частицы, получаемые в результате бомбардировки вещества мишени. Нейтроны возникают с большим или меньшим выходом при облучении любой мишени дейтонами согласно реакции к, п), а также при облучении другими заряженными частицами. Энергии возникающих нейтронов варьируют в широких пределах от тепловых до энергий 15—20 Мэв (при бомбардировке трития, лития, бериллия и других легких ядер). Нейтроны такого большого интервала энергий могут вызывать не только реакции (п, 7), но и п, р), п, 2п), а в ряде ядер и (и,а). [c.721] Как видно из этого примера, побочные реакции с активируемым элементом мишени, вместе с основной реакцией получения требуемого изотопа, приводят к одновременному образованию радиоактивных изотопов элемента мишени и двух соседних элементов. Для уменьшения выходов побочных реакций иногда целесообразно производить бомбардировку частицами с пониженной энергией. Уменьшить энергию на несколько мегаэлектронвольт можно, приблизив мишень к центру циклотронной камеры. В более широком диапазоне энергий это можно сделать путем помещения на пути пучка перед мишенью металлической (чаще всего медной) пластинки. [c.722] Кроме загрязнений, возникающих ка изотопах активируемого элемента, часто наблюдается образование изотопов на ядрах других элементов, входящих в состав вещества мишени, держателя мишени и припоя. Возможно образование радиоактивных загрязнений и на примесях, содержащихся в мишени. В связи с этим необходимо добиваться максимально полного освобождения вещества мишени от сопутствующих элементов. Для многоизотопных элементов весьма желательно применять разделенные стабильные изотопы. При невозможности употреблять в качестве мишеней свободные элементы (легкоплавкие и хорошо сублимирующие металлы, галогены, фосфор и др.) используют соединения, в состав которых, наряду с основными элементами, входят либо элементы с очень малыми сечениями активации, либо элементы, дающие быстро распадающиеся или же весьма долгоживущие изотопы. Такими соединениями являются тугоплавкие окислы металлов, фториды, фосфиды (РеР), нитриды и др. [c.722] В котором сосредоточена основная активность. Вес снятого слоя может составлять несколько десятков миллиграммов. Обработка мишеней после облучения сводится либо к механическому снятию активного слоя, либо к химическому растворению поверхностных атомов в минеральных кислотах или щелочах. [c.723] Вернуться к основной статье