Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов
Исследованы основные характеристики высокоэнергетичного тормозного (X) и нейтронного (n) излучения, возникающего при конвертировании пучка ускоренных электронов для фотоядерной генерации изотопов. Получены значения потока и плотности потока тормозного излучения для электронов с энергией 40 МэВ при т...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111552 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов / Т.В. Малыхина, А.А. Торговкин, А.В. Торговкин, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко, И.Н. Шляхов, Б.И. Шраменко // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 184-188. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111552 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Малыхина, Т.В. Торговкин, А.А. Торговкин, А.В. Уваров, В.Л. Шевченко, В.А. Шляхов, И.Н. Шраменко, Б.И. 2017-01-10T17:47:58Z 2017-01-10T17:47:58Z 2008 Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов / Т.В. Малыхина, А.А. Торговкин, А.В. Торговкин, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко, И.Н. Шляхов, Б.И. Шраменко // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 184-188. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111552 541.183.4 Исследованы основные характеристики высокоэнергетичного тормозного (X) и нейтронного (n) излучения, возникающего при конвертировании пучка ускоренных электронов для фотоядерной генерации изотопов. Получены значения потока и плотности потока тормозного излучения для электронов с энергией 40 МэВ при толщине Та-конвертера 4 мм. Методом компьютерного моделирования с использованием библиотеки Geant4 (версия 8.2) получены данные о выходе тормозного излучения на 1 электрон (Nγ/Ne)≈0,55…0,8 в диапазоне энергий фотонов 8…20 МэВ при энергии первичных электронов от 20 до 80 МэВ. Рассчитан выход нейтронов на один первичный электрон (Nn/Ne)≈2,2·10⁻³ при энергии электронов 40 МэВ. С помощью пороговых активационных детекторов (In, Ni, Al, Ge, Fe) экспериментально измерена величина потока нейтронов, которая составляет ~5∙10¹¹ 1/с при среднем токе пучка 5 мкА. Досліджено основні характеристики високоенергетичного гальмівного та нейтронного випромінювання, що виникає при конвертуванні пучка прискорених електронів для фотоядерної генерації ізотопів. Одержано величини потоку та щільності потоку гальмівного випромінювання для електронів з енергією 40 МеВ при товщині Та-конвертера 4 мм. Методом комп`ютерного моделювання з використанням бібліотеки Geant4 (версія 8.2) одержано дані щодо виходу гальмівного випромінювання на 1 електрон (Nγ/Ne)≈0,55…0,8 у діапазоні енергій фотонів 8…20 МеВ при енергії первинних електронів від 20 до 80 МеВ. Розраховано вихід нейтронів на один первинний електрон (Nn/Ne)≈2,2·10⁻³ при енергії електронів 40 МеВ. За допомогою порогових активаційних детекторів (In, Ni, Al, Ge, Fe) експериментально виміряна величина потоку нейтронів, що складає ~5∙10¹¹ 1/с при середньому струмі пучка 5 мкА. The basic characteristics have been researched for high-energy bremsstrahlung and neutron radiation, created by conversion of the accelerated electrons. The values for bremsstrahlung flux and flux density have been obtained at electron energy of 40 MeV, and 4mm thickness of Ta converter. In the simulation the GEANT 4.8.2 package was used, the low-energy model has been chosen. The obtained value of bremsstrahlung yield per one electron is (Nγ/Ne) ≈ 0.55…0.8 in the range of 20…80 MeV for primary electrons and 8…20 MeV for secondary gammas. The obtained value of neutron yield per one electron is (Nn/Ne) ≈2.2·10⁻³ at the 40 MeV electron energy. The results for neutron and bremsstrahlung yield are in good agreement with reference data. Measuring of the neutron flux value was performed with use of threshold activation detectors (In, Ni, Al, Ge, Fe) and gave the value of 5≈10¹¹ 1/s with average current of 5 mA. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Применение ускорителей Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов Дослідження поля змішаного Х,n- випромінення при фотоядерному виробництві ізотопів The research of mixed Х,n-radiation field at photonuclear isotopes production Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов |
| spellingShingle |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов Малыхина, Т.В. Торговкин, А.А. Торговкин, А.В. Уваров, В.Л. Шевченко, В.А. Шляхов, И.Н. Шраменко, Б.И. Применение ускорителей |
| title_short |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов |
| title_full |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов |
| title_fullStr |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов |
| title_full_unstemmed |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов |
| title_sort |
исследование поля смешанного х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов |
| author |
Малыхина, Т.В. Торговкин, А.А. Торговкин, А.В. Уваров, В.Л. Шевченко, В.А. Шляхов, И.Н. Шраменко, Б.И. |
| author_facet |
Малыхина, Т.В. Торговкин, А.А. Торговкин, А.В. Уваров, В.Л. Шевченко, В.А. Шляхов, И.Н. Шраменко, Б.И. |
| topic |
Применение ускорителей |
| topic_facet |
Применение ускорителей |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження поля змішаного Х,n- випромінення при фотоядерному виробництві ізотопів The research of mixed Х,n-radiation field at photonuclear isotopes production |
| description |
Исследованы основные характеристики высокоэнергетичного тормозного (X) и нейтронного (n) излучения, возникающего при конвертировании пучка ускоренных электронов для фотоядерной генерации изотопов. Получены значения потока и плотности потока тормозного излучения для электронов с энергией 40 МэВ при толщине Та-конвертера 4 мм. Методом компьютерного моделирования с использованием библиотеки Geant4 (версия 8.2) получены данные о выходе тормозного излучения на 1 электрон (Nγ/Ne)≈0,55…0,8 в диапазоне энергий фотонов 8…20 МэВ при энергии первичных электронов от 20 до 80 МэВ. Рассчитан выход нейтронов на один первичный электрон (Nn/Ne)≈2,2·10⁻³ при энергии электронов 40 МэВ. С помощью пороговых активационных детекторов (In, Ni, Al, Ge, Fe) экспериментально измерена величина потока нейтронов, которая составляет ~5∙10¹¹ 1/с при среднем токе пучка 5 мкА.
Досліджено основні характеристики високоенергетичного гальмівного та нейтронного випромінювання, що виникає при конвертуванні пучка прискорених електронів для фотоядерної генерації ізотопів. Одержано величини потоку та щільності потоку гальмівного випромінювання для електронів з енергією 40 МеВ при товщині Та-конвертера 4 мм. Методом комп`ютерного моделювання з використанням бібліотеки Geant4 (версія 8.2) одержано дані щодо виходу гальмівного випромінювання на 1 електрон (Nγ/Ne)≈0,55…0,8 у діапазоні енергій фотонів 8…20 МеВ при енергії первинних електронів від 20 до 80 МеВ. Розраховано вихід нейтронів на один первинний електрон (Nn/Ne)≈2,2·10⁻³ при енергії електронів 40 МеВ. За допомогою порогових активаційних детекторів (In, Ni, Al, Ge, Fe) експериментально виміряна величина потоку нейтронів, що складає ~5∙10¹¹ 1/с при середньому струмі пучка 5 мкА.
The basic characteristics have been researched for high-energy bremsstrahlung and neutron radiation, created by conversion of the accelerated electrons. The values for bremsstrahlung flux and flux density have been obtained at electron energy of 40 MeV, and 4mm thickness of Ta converter. In the simulation the GEANT 4.8.2 package was used, the low-energy model has been chosen. The obtained value of bremsstrahlung yield per one electron is (Nγ/Ne) ≈ 0.55…0.8 in the range of 20…80 MeV for primary electrons and 8…20 MeV for secondary gammas. The obtained value of neutron yield per one electron is (Nn/Ne) ≈2.2·10⁻³ at the 40 MeV electron energy. The results for neutron and bremsstrahlung yield are in good agreement with reference data. Measuring of the neutron flux value was performed with use of threshold activation detectors (In, Ni, Al, Ge, Fe) and gave the value of 5≈10¹¹ 1/s with average current of 5 mA.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111552 |
| citation_txt |
Исследование поля смешанного Х,n-излучения при фотоядерном производстве изотопов / Т.В. Малыхина, А.А. Торговкин, А.В. Торговкин, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко, И.Н. Шляхов, Б.И. Шраменко // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 184-188. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT malyhinatv issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT torgovkinaa issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT torgovkinav issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT uvarovvl issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT ševčenkova issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT šlâhovin issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT šramenkobi issledovaniepolâsmešannogohnizlučeniâprifotoâdernomproizvodstveizotopov AT malyhinatv doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT torgovkinaa doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT torgovkinav doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT uvarovvl doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT ševčenkova doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT šlâhovin doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT šramenkobi doslídžennâpolâzmíšanogohnvipromínennâprifotoâdernomuvirobnictvíízotopív AT malyhinatv theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction AT torgovkinaa theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction AT torgovkinav theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction AT uvarovvl theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction AT ševčenkova theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction AT šlâhovin theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction AT šramenkobi theresearchofmixedhnradiationfieldatphotonuclearisotopesproduction |
| first_indexed |
2025-11-25T18:17:13Z |
| last_indexed |
2025-11-25T18:17:13Z |
| _version_ |
1850521266790858752 |
| fulltext |
УДК 621.039.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯ СМЕШАННОГО Х,n-ИЗЛУЧЕНИЯ
ПРИ ФОТОЯДЕРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗОТОПОВ
Т.В. Малыхина1, А.А. Торговкин1, А.В. Торговкин, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко,
И.Н. Шляхов, Б.И. Шраменко
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
1Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, Украина
E-mail: bshram@kipt.kharkov.ua
Исследованы основные характеристики высокоэнергетичного тормозного (X) и нейтронного (n) излуче-
ния, возникающего при конвертировании пучка ускоренных электронов для фотоядерной генерации изото-
пов. Получены значения потока и плотности потока тормозного излучения для электронов с энергией 40 МэВ
при толщине Та-конвертера 4 мм. Методом компьютерного моделирования с использованием библиотеки
Geant4 (версия 8.2) получены данные о выходе тормозного излучения на 1 электрон (Nγ/Ne)≈0,55…0,8 в диапа-
зоне энергий фотонов 8…20 МэВ при энергии первичных электронов от 20 до 80 МэВ. Рассчитан выход ней-
тронов на один первичный электрон (Nn/Ne)≈2,2·10-3 при энергии электронов 40 МэВ. С помощью пороговых
активационных детекторов (In, Ni, Al, Ge, Fe) экспериментально измерена величина потока нейтронов, кото-
рая составляет ~5∙1011 1/с при среднем токе пучка 5 мкА.
1. ВВЕДЕНИЕ
При фотоядерном производстве изотопов важ-
ным является знание характеристик поля Х,n-излу-
чения, генерируемого пучком ускоренных электро-
нов в тормозном конвертере. В зависимости от раз-
личных конструктивных особенностей облучатель-
ного устройства, таких как толщина и материал
конвертера, объем окружающей конвертер охла-
ждающей воды, наличия в конструкции легких
сплавов и др., формируемое радиационное поле мо-
жет быть различным [1]. Основной по интенсивно-
сти компонентой потока смешанного Х,n-излучения
являются фотоны различного происхождения (тор-
мозное излучение, кванты комптоновского рассея-
ния, аннигиляционные). Следующими по значимо-
сти компонентами являются электроны и нейтроны.
Взаимодействие всех компонент радиационного
поля с веществом приводит не только к наработке в
мишенях целевых и побочных радионуклидов, но и
активации конструкционных материалов выходных
устройств.
При фотоядерном производстве изотопов вклад
нейтронов, образующихся в конвертере, может
быть как положительным (полезным), так и отрица-
тельным. Так, при получении Тс99м генераторным
методом, первоначально в мишени (раствор соли
природного молибдена) нарабатывается Мо99 по ре-
акциям Мо100(γ,n)Мо99 и Мо98(n,γ)Мо99. Наличие по-
тока фотонейтронов позволяет увеличить выход по-
лезного продукта на величину до 40% [2]. При на-
работке изотопа Cu67 по реакции Zn68(γ,p)Cu67 в слу-
чае применения цинка естественного изотопного
состава вклад реакции Zn67(n,p)Cu67 незначителен
из-за малого процентного содержания Zn67 (4,1%).
Вместе с тем, реакция Zn68(n,α)Ni64 приводит к об-
разованию стабильного изотопа никеля, ухудшаю-
щего чистоту готового продукта.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗ-
ЛУЧЕНИЯ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВА-
НИЯ
2.1. Для определения потока тормозного и ней-
тронного излучения использовалось моделирование
методом Монте-Карло процессов взаимодействия
ускоренных электронов с тормозным конвертером
различной толщины. Моделирование проводилось с
использованием пакета библиотек Geant4 (версия
8.2), была выбрана модель низких энергий [3]. Для
электронов учитывались процессы многократного
рассеяния, ионизации, тормозного излучения, а так-
же электроядерные процессы (G4ElectroNuclear–Re-
action). Для гамма-квантов учитывались фотоэф-
фект, комптоновский эффект, релеевское рассеяние,
эффект рождения пар и фотоядерные процессы
(G4GammaNuclearReaction). Геометрия моделируе-
мого устройства соответствовала геометрии конвер-
тера, использованного в эксперименте. Первичные
электроны направлены по нормали к поверхности
конвертера, диаметр пучка при моделировании со-
ставлял 12 мм с равномерным распределением по
площади. Трехмерная модель облучательного
устройства показана на Рис.1.
Рис.1. Трехмерная модель облучательного
устройства: 1 - корпус; 2 – охлаждающая вода;
3 - конвертер; 4 - мишени
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.184-188.
184
2.2. При отладке программного кода были полу-
чены пространственно-энергетические характери-
стики тормозных фотонов при энергии первичных
электронов 45 МэВ, (см. Рис.2,3). Полученные ре-
зультаты находятся в хорошем соответствии с из-
вестными данными [4].
Рис.2. Угловое распределение тормозного излучения
В качестве материала конвертера были рассмот-
рены Au, Pt, Ir, Pb, Ta ,W. Толщина конвертера в
каждом случае выбиралась равной 4 мм. Наи-
большая интенсивность тормозного излучения полу-
чена при расчетах с конвертером из иридия, а наи-
меньшая – из свинца (на 34% меньше). Другие ис-
следованные материалы дали промежуточные значе-
ния. Для дальнейших расчетов и экспериментов
были выбраны тантал и вольфрам.
10 15 20 25 30 35 40 45
0,0
5,0x103
1,0x104
1,5x104
2,0x104
2,5x104
3,0x104
3,5x104
N
γ
Энергия, МэВ
Ta
Pb
Ir
5*105 Ne=
Рис.3. Энергетический спектр тормозного излучения
2.3. В результате моделирования были получены
данные о выходе из Та-конвертера фотонов в диапа-
зоне энергий 8…20 МэВ при энергии первичных
электронов в диапазоне от 20 до 80 МэВ (см. Рис.4).
Расчетный выход излучения на 1 электрон (Nγ/Ne) в
диапазоне энергий фотонов 8…20 МэВ немного из-
меняется в зависимости от параметров математиче-
ской модели и находится в пределах (0,55…0,8) γ/е.
Эти значения соответствуют потоку γ-квантов (1,6…
2,4)·1013 1/с в условиях описанного ниже экспери-
мента (см. Рис.3).
На следующем этапе было проведено моделиро-
вание выхода нейтронов с энергией от 0,3 до
20 МэВ из вольфрама для следующей геометрии:
цилиндр диаметром 25 мм, высотой 3.2 мм (поверх-
ностная плотность 6,21 г/см2). Диапазон энергий
первичных электронов – от 30 до 45 МэВ.
Полученные данные о выходе нейтронов на один
первичный электрон (Nn/Ne) находятся в хорошем
соответствии с результатами других авторов [4, 5].
20 30 40 50 60 70 80
2x10-1
4x10-1
6x10-1
8x10-1
100
N
γ
/
N
e
Ýí åðãèÿ ýëåêòðî í î â, Ì ýÂ
Рис.4. Зависимость выхода тормозного излучения
из Та от энергии электронов
2.4. Протестированная таким образом программа
позволила рассчитать выход нейтронов на один
электрон в условиях, близких к планируемому экс-
перименту с конвертером толщиной 4 мм из различ-
ных материалов. В данной модели с целью упроще-
ния расчетов не учитывалось влияние охлаждающей
воды и бетонного бункера, в котором производился
эксперимент, на величину потока нейтронов. Ре-
зультаты моделирования представлены на Рис.5.
30 35 40 45 50
10-3
1,5x10-3
2x10-3
2,5x10-3
3x10-3
3,5x10-3
4x10-3
4,5x10-3
N
n/N
e
Ýí åðãèÿ ýëåêòðî í î â, Ì ýÂ
Au
Ir
Pt
Pb
Ta
W
Рис.5. Зависимость выхода нейтронов от энергии
электронов
2.5. При исследовании выхода излучения раз-
личной природы из конвертера важно знать, как из-
меняется отношение интенсивностей нейтронной и
фотонной компонент (Nn/Nγ) с увеличением началь-
ной энергии электронов. Расчет показал, что эта за-
висимость для всех исследованных материалов име-
ет вид, близкий к показанному на Рис.6.
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.184-188.
185
10 20 30 40 50 60 70 80 90
10-3
2x10-3
3x10-3
4x10-3
5x10-3
N
n /
Nγ
Ýí åðãèÿ ýëåêòðî í î â, Ì ýÂ
Рис.6. Зависимость отношения Nn / Nγ для Та от
энергии электронов
Она характеризуется тем, что величина Nn/Nγ для
описанного конвертера мало меняется при увеличе-
нии энергии электронов от 30 до 80 МэВ.
Эту особенность можно использовать для оценки
потока фотонейтронов. Например, эксперименталь-
но определив поток тормозных фотонов с энергией
8…20 МэВ гамма-радиоактивационным методом,
детекторами с различным порогом активации можно
одновременно вычислить полный поток нейтронов
от конвертера. При этом нет необходимости допол-
нительно использовать набор пороговых активаци-
онных детекторов и проводить трудоемкую опера-
цию восстановления нейтронного спектра.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕ-
НИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ Х,n-ИЗЛУ-
ЧЕНИЯ
3.1. Исследование поля смешанного Х,n-излуче-
ния проводилось с помощью облучательного уст-
ройства, схема которого приведена на Рис.7. Кон-
струкция устройства позволяет, кроме мишеней для
наработки нуклидов, облучать электронами и фото-
нами фольги-мониторы, предназначенные для изме-
рения пространственного распределения потока тор-
мозных фотонов. Фольги-мониторы в виде дисков
диаметром 40 мм и толщиной 0,1 мм располагались
в трех местах: перед конвертером, между конверте-
ром и сборкой мишеней и за сборкой (по ходу пуч-
ка). Облученные фольги сканировались специально
разработанным радиометрическим устройством, по-
сле чего восстанавливался профиль потока излуче-
ния [6]. На Рис.8 представлены результаты измере-
ния активности на трех фольгах-мониторах вдоль
горизонтальной оси, проходящей через центр фольг.
Нейтронные детекторы Мишени
Та-конвертер
Linac LU-40
Рис.7. Схема облучательного устройства
Полученные результаты наглядно демонстриру-
ют изменение геометрических размеров пучка вдоль
облучательного устройства. Примененная методика
позволяет, в частности, оценить площадь пучка ак-
тивирующих частиц в месте расположения мише-
ней, определить "коэффициент использования" пуч-
ка мишенью, оперативно проверить качество юсти-
ровки устройства. Сравнивая распределение поверх-
ностной активности фольг-мониторов, облученных
на различном расстоянии от выходного окна ускори-
теля, можно определять также угловые характери-
стики пучка электронов, если облучение велось без
конвертера, или тормозных фотонов, при облучении
с конвертером.
Рис.8. Распределение поверхностной активности
Мо-фольг: а - перед конвертером, б - после конвер-
тера, в - после сборки мишеней
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.184-188.
186
3.2. Определение таких характеристик радиаци-
онного поля, как плотность потока активирующих
частиц (отдельно для каждого типа частиц), спек-
трального распределения различных компонент
производилось экспериментально, радиоактиваци-
онным методом. Известно, что активность образца,
помещенного в неизменный во времени однородный
поток частиц, нарастает по закону:
( )t
Av efNmtA ⋅−−⋅⋅⋅⋅= λσ
µ
1)( , (1)
где: m − масса мишенного изотопа в образце, µ −
молярная масса мишенного нуклида, Nav − число
Авогадро, f − плотность потока активирующих ча-
стиц, σ − сечение активации, λ − постоянная распада
нарабатываемого изотопа, t − время облучения. По-
мещая в сборку образцов (см. Рис.7) различные ак-
тивационные детекторы и облучая их известное вре-
мя при стабильном токе пучка, можно получить зна-
чение плотности потока и полного потока частиц. В
Табл.1 представлены результаты определения пото-
ка тормозного излучения для следующих условий:
• конвертер − Та, 4 мм;
• энергия электронов – 40 МэВ;
• время облучения − 4 часа.
Таблица 1. Поток фотонов тормозного излучения,
определенный различными детекторами
Реакция
активации
Плотность
потока,
1/см2 *с
Поток в 2π ,
1/с (ток 5 мкА)
Cu65 (γ,n) Cu64 7,06E+12 3,53E+13
Fe54 (γ,2n) Fe52 3,22E+12 1,61E+13
Cr52 (γ,n) Cr51 5,76E+12 2,88E+13
Ti48 (γ,p) Sc47 5,40E+12 2,70E+13
3.3. Одновременно с облучением активационных
детекторов для определения потока тормозного из-
лучения при тех же параметрах пучка был проведен
эксперимент по измерению потока нейтронов от ми-
шенного устройства. Использовался метод порого-
вых детекторов в виде навесок различных элементов
с порогами активации от 0,3 до 5,5 МэВ, которые
располагались на расстоянии 4 см от конвертера под
углом 90° к направлению пучка электронов.
Следует отметить, что экспериментально полу-
ченные таким образом данные по плотности потока
и полному потоку нейтронов являются усредненны-
ми в энергетическом диапазоне для каждого типа
детектора. Кроме того, при определении потока с
помощью пороговых детекторов из In и J не было
возможности точно учесть вклад сечения захвата в
резонансной области энергий нейтронов. Для кор-
ректного сравнения экспериментальных и расчет-
ных данных необходима информация о спектре ней-
тронов в месте расположения детекторов. Из ли-
тературных источников [4,5] известно, что спектр
фотонейтронов из тяжелых мишеней приближенно
описывается максвелловским распределением с мак-
симумом в области 1…2 МэВ и близок к спектру
быстрых нейтронов реактора (б.н.р.). С учетом это-
го, в перечень активационных детекторов были
включены Re и As – доступные элементы, для кото-
рых в литературе приводятся сечения активации
нейтронами деления [5]. Эти детекторы, работаю-
щие на реакции захвата нейтрона, оказались наибо-
лее удобными в использовании. Для исключения
влияния тепловых нейтронов такие детекторы экра-
нировались фольгой из кадмия толщиной 0,2 мм. В
Табл. 2. приведены экспериментально измеренные
значения полного потока нейтронов от конвертера
при различной энергии электронов, нормированные
на ток пучка 100 мкА.
Определив поток нейтронов, можно оценить ак-
тивности целевых изотопов, нарабатываемые в реак-
циях с нейтронами. В Табл.3 приведены результаты
таких расчетов для некоторых изотопов.
Таблица 2. Поток нейтронов от Та-конвертера
при различной энергии пучка (ток 100 мкА)
35 MэВ 40 MэВ 45 MэВ 55 MэВ
Реакция ак-
тивации
Поток в
4π, 1/с
Поток в
4π, 1/с
Поток в
4π, 1/с
Поток в
4π, 1/с
Re187→Re188 1,05·1013 1,22·1013 1,26·1013
In 115→In116 1,02·1013
J127→J128 1,40·1013
As75→As76 1,17·1013 2,53·1013
In115→In115m 9,84·1011 7,231011 7,51·1011
Ni58→Co58 2,85·1011 5,78·1011
Al27→Mg27 9,02·1011
Ge72→Ga72 6,80·1010
Fe56→Mn56 7,40·1010
Al27→Na24 4,85·1010
Таблица 3. Расчет выхода целевых изотопов при
воздействии фотонейтронов
(энергия электронов 45 МэВ)
Реакция образования
целевого изотопа
Нарабатываемая
нейтронами ак-
тивность,
мкКи
Доля от пол-
ного выхода,
%
Zn67 (n, p) Cu 67 0,0082 0,125
Mo98 (n, γ) Mo99 0,0089 0,084
Mo100 (n, 2n) Mo99 0,2012 1,895
Re187 (n, γ) Re188 1,8345 96,653
Ni58 (n, p) Co58 0,0096 19,613
Fe56 (n, p) Mn56 5,7932 20,543
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что при
фотоядерном производстве изотопов в большинстве
случаев вклад реакций на нейтронах в выход целе-
вого изотопа не превышает нескольких процентов.
Вместе с тем, вклад фотонейтронов в наработку по-
бочных радионуклидов в конструкционных матери-
алах мишенного устройства может быть значитель-
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.184-188.
187
ным (см. Табл. 3). При промышленном производстве
изотопов интенсивный поток нейтронов вызывает
активацию как выходных устройств ускорителя, так
и расположенного рядом оборудования, что приво-
дит к необходимости создания локальной радиаци-
онной защиты. Применяя конвертер из материала с
пониженным выходом нейтронов (Pb, Ta) можно
снизить поток нейтронов в 2-3 раза по сравнению с
конвертерами из Pt, Au, Ir. При этом поток тормоз-
ного излучения уменьшается незначительно (~ на
35%).
ЛИТЕРАТУРА
1. N.P. Dikiy, A.N Dovbnya, Yu.V. Lyashko, et al.
Production of medical isotopes at electron accelera-
tors // ВАНТ. Серия «Ядерно-физические иссле-
дования» (36). 2000, №2, с.58-61.
2. V.L. Uvarov, N.P. Dikiy, A.N. Dovbnya. Electron
Accelerator Based Production of Technetium-99m
for Nuclear Medicine // ВАНТ. Серия «Ядерно-
физические исследования» (42). 1997, с.123.
3. http://geant4.cern.ch/
4. В. Ковалев. Вторичные излучения электронных
ускорителей. М.: «Атомиздат». 1978, 305с.
5. Н.А. Власов. Нейтроны. М.: "Наука", 1979.
с.510.
6. S.P. Karasyov, V.I. Nikiforov, R.I. Pomatsalyuk, et
al. High-intensity Bremsstrahlung Monitoring Sys-
tem for Photonuclear Technologies // Tenth Euro-
pean Particle Accelerator Conference EPAC 2006.
Edinburgh, Scotland, 26 to 30 June, 2006. p.1235-
1238.
Статья поступила в редакцию 24.09.2007 г.
THE RESEARCH OF MIXED X,n-RADIATION FIELD
AT PHOTONUCLEAR ISOTOPES PRODUCTION
T.V. Malykhina, A.A. Torgovkin, A.V. Torgovkin, V.L. Uvarov, V.A. Shevchenko, I.N. Shlyakhov,
B.I. Shramenko
The basic characteristics have been researched for high-energy bremsstrahlung and neutron radiation, created by
conversion of the accelerated electrons. The values for bremsstrahlung flux and flux density have been obtained at
electron energy of 40 MeV, and 4mm thickness of Ta converter. In the simulation the GEANT 4.8.2 package was
used, the low-energy model has been chosen. The obtained value of bremsstrahlung yield per one electron is (Nγ
/Ne) ≈ 0.55…0.8 in the range of 20…80 MeV for primary electrons and 8…20 MeV for secondary gammas. The ob-
tained value of neutron yield per one electron is (Nn/Ne) =2.2⋅10-3 at the 40 MeV electron energy. The results for
neutron and bremsstrahlung yield are in good agreement with reference data. Measuring of the neutron flux value
was performed with use of threshold activation detectors (In, Ni, Al, Ge, Fe) and gave the value of 5⋅1011 1/s with
average current of 5 µA.
ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЛЯ ЗМІШАНОГО Х,n- ВИПРОМІНЕННЯ ПРИ ФОТОЯДЕРНОМУ
ВИРОБНИЦТВІ ІЗОТОПІВ
Т.В. Малихіна, О.О. Торговкін, О.В. Торговкін, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко, І.М. Шляхов, Б.І. Шраменко
Досліджено основні характеристики високоенергетичного гальмівного та нейтронного випромінювання,
що виникає при конвертуванні пучка прискорених електронів для фотоядерної генерації ізотопів. Одержано
величини потоку та щільності потоку гальмівного випромінювання для електронів з енергією 40 МеВ при
товщині Та-конвертера 4 мм. Методом комп`ютерного моделювання з використанням бібліотеки Geant4
(версія 8.2) одержано дані щодо виходу гальмівного випромінювання на 1 електрон (Nγ/Ne)≈0,55…0,8 у
діапазоні енергій фотонів 8…20 МеВ при енергії первинних електронів від 20 до 80 МеВ. Розраховано вихід
нейтронів на один первинний електрон (Nn/Ne)≈2,2·10-3 при енергії електронів 40 МеВ. За допомогою
порогових активаційних детекторів (In, Ni, Al, Ge, Fe) експериментально виміряна величина потоку
нейтронів, що складає ~5∙1011 1/с при середньому струмі пучка 5 мкА.
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.184-188.
188
Т.В. Малыхина1, А.А. Торговкин1, А.В. Торговкин, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко, И.Н. Шляхов, Б.И. Шраменко
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
1Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, Украина
ЛИТЕРАТУРА
Т.В. Малихіна, О.О. Торговкін, О.В. Торговкін, В.Л. Уваров, В.А. Шевченко, І.М. Шляхов, Б.І. Шраменко
|