МИШЕНЬ ДЛЯ ПРОТОННОЙ ГЕНЕРАЦИИ ИЗОТОПОВ

99
223, 224
Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к технологии получения медицинских радиоизотопов и может быть использована при получении радиоизотопов Мо, Ra и др. на установках с масс-сепаратором.
99
235
Известна мишень для наработки изотопа Mo, содержащая делящийся материал и имеющая форму незамкнутого цилиндра. Мишень выполнена из листа толщиной не более 1 мм. В качестве делящегося материала мишени использован металлический уран, обогащенный по изотопу U не ниже 20%. В материал мишени введен никель, при этом образована композиция, в которой масса урана составляет 1,0-30,0% от массы никеля (Патент РФ на изобретение №2476941, опубл. 27.02.2013, МПК G21G 1/02). Недостатком такой мишени, при использовании ее на установках с масс-сепаратором, является относительно невысокая температура плавления металлического урана (1132°C), что не позволяет достигать высоких эффективностей выделения изотопов из мишени на установках с масс-сепаратором. Использование диоксида урана в качестве мишенного вещества, несмотря на то, что позволяет существенно повысить рабочую температуру мишени, не обеспечивает требуемых параметров газовой среды в масс-сепараторе из-за довольно высоких значений давления насыщенных паров диоксида.
Аналогичными недостатками обладают и мишени на основе диоксида тория и металлического тория (Патент РФ №2362588, опубл. 27.07.2009, МПК A61K 51/00, A61K 103/40, G21G 1/10, C22B 60/02).
2
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является мишень, в которой в качестве мишенного материала используется карбид обедненного урана. Такая мишень обладает высоким содержанием делящегося материала (~13 г урана в 1 см) и имеет существенно меньшее значение давления насыщенных паров по сравнению с диоксидом урана (В.Н. Пантелеев, Е.К. Дьяков. Мишени для поточного производства обогащенных и обедненных нейтронами изотопов. Сборник докладов конференции «Ядерные и новые технологии для космоса 2009». Атланта, Джорджия, 2009). Недостатком такой мишени является относительно невысокая температура плавления мишенного вещества (около 2300°C).
Для получения высоких значений выхода радиоизотопов и тем самым повышения экономической привлекательности протонной генерации изотопов при использовании установок с масс-сепаратором мишень необходимо нагревать до температур, превышающих 2500°C, обеспечивая при этом хорошие вакуумные условия в камере. Достижение таких рабочих условий мишени невозможно при использовании традиционных металлических, оксидных урансодержащих мишенных материалов и, даже, карбида урана.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, и обеспечиваемый ею технический результат - повышение эффективности наработки и выделения радиоизотопов на протонном пучке, а также снижение стоимости их производства на установках с масс-сепаратором.
Решение поставленной задачи и получение технического результата достигаются тем, что в мишени для протонной генерации изотопов, состоящей из капсулы с размещенными в ней мишенными таблетками из урансодержащего мишенного вещества, согласно полезной модели мишенные таблетки выполнены в виде дисков толщиной не более 3 мм, а в качестве урансодержащего мишенного вещества использована композиция уранового карбонитрида, легированного цирконием в диапазоне концентраций (1-15) массовых долей %.
Мишенное вещество может быть легировано наноразмерными углеродными компонентами, что приводит к уменьшению размера зерна материала и, как следствие, к интенсификации диффузии изотопов к поверхности мишени по границам зерен.
Капсула может быть выполнена из графита, что с одной стороны позволяет обеспечить совместимость материала капсулы и мишенного вещества, а с другой стороны обеспечить диффузию изотопов через стенку капсулы.
Капсула может быть выполнена водоохлаждаемой в случае работы при больших токах протонного пучка, что позволяет избежать плавления мишенного вещества.
Капсула может быть выполнена из тугоплавких металлов и сплавов (например вольфрама), что обеспечивает достаточную совместимость мишенного материала и материала капсулы, при этом капсула может быть нагрета прямым пропусканием электрического тока, что снижает затраты на дополнительный косвенный нагрев мишени.
Использование мишенных таблеток в виде дисков толщиной не более 3 мм позволяет с одной стороны обеспечить достаточную плотность мишени по делящемуся веществу (уран), а с другой стороны добиться приемлемых времен выхода изотопов из тела мишенной таблетки на поверхность с последующим испарением изотопов.
Карбонитрид урана, легированный цирконием в диапазоне концентраций (1-15) массовых долей % имеет температуру плавления выше 3000°C, обладая при этом достаточно низким значением давления насыщенных паров и даже большим содержанием делящегося материала в единице объема по сравнению с диоксидом урана. Использование карбонитрида урана в качестве мишенного вещества позволяет применять графит при изготовлении оболочки капсулы благодаря хорошей совместимости этих материалов. Высокая рабочая температура мишеней помимо высоких значений выхода радиоизотопов обеспечивает высокую диффузионную подвижность радиоизотопов, как в мишенном веществе, так и в материале оболочки капсулы, что позволяет использовать герметичные для окислительной атмосферы мишенные капсулы.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором схематически представлена мишень для генерации изотопов.
Мишень состоит из капсулы 1 с размещенными в ней мишенными таблетками 2, выполненными в виде тонких дисков. Капсула 1 снабжена крышкой 3.
Осуществление полезной модели.
223, 224
Мишень для наработки изотопов Ra представляет собой капсулу 1 диаметром 25 мм, которая выполнена из графита марки МПГ-6 и имеет крышку 3, также выполненную из графита марки МПГ-6, для загрузки мишенных таблеток. Мишенные таблетки 2 в виде тонких дисков толщиной 2 мм и диаметром 20 мм выполнены из уранового карбонитрида (UCN), легированного 10 массовых долей % циркония.
Мишень располагали в вакуумной камере установки с масс-сепаратором в зоне протонного пучка. После облучения мишень нагревали до температуры 2600°C. Наработанные изотопы, диффундировали на поверхность мишени и испарялись при указанной температуре, после чего изотопы попадали в масс-сепаратор для их разделения.
По сравнению с прототипом использование описанной мишени позволило провести наработку и выделение изотопов на установке с масс-сепаратором при температуре 2600°C, что в свою очередь обеспечило повышенный выход изотопов из мишени и, как следствие, снижение стоимости их производства.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышенное значение выхода радиоизотопов и снижение стоимости их производства на установках с масс-сепаратором.