Спосіб напрацювання ізотопів та пристрій для його здійснення

Винахід належить до галузі створення ізотопів і може використовуватись на прискорювачах заряджених часток, головним чином електронів, для виробництва ізотопів різного, у тому числі медичного. призначення, наприклад, радіоактивного ізотопу молібден-99, що є материнським ядром ізотопу технецій-99, на основі якого виробляється більшість радіофармпрепаратів, що вживають у світі для медичної діагностики. (V. Amaldi, Proc. 5 Europ. Part. Асc. Conf. (10-14 June 1996, Sitges (Barselona), Spain), 1996, V. 1, p. 244) (1). Відомий спосіб напрацювання ізотопів, у тому числі молібдену-99, за допомогою ядерного реактору (В.А. Соколов. Генераторы короткоживущих радиоактивных изотопов. М., Атомиздат, 1975, стр. 112) (2). Спосіб полягає у тому, що у реакторі створюють потік нейтронів (1-2 1013 н/см2 с) та діють цим потоком, наприклад, на мішень, що вміщає молібден-98 (20 г триокису молібдену). Хоча спосіб мав достатньо високий питомий вихід ізотопу молібден-99 (до 0,1 Ки/г у випадку мішені, що збагачена ізотопом молібден-98), однак його недоліками є: відносно низька технологічність, яка пов'язана з необхідністю проведення працеємних операцій "мокрої" радіохімії в умовах "гарячих" камер, екологічна небезпека, що пов'язана з великою кількістю відходів; дорожнеча, що пов'язана з необхідністю застосування ядерного реактору. Відомий спосіб напрацювати ізотопі вибраний як прототип (Yoshinaga Oka et al. The Yields of Radioactivities Inducedby (j, n) Reactions with 20 Mev Bremsstrahlung. Bull. of the Chein. Soc. of Japan, 1967, Vol. 40. p. 575-579) (3). Спосіб полягає у тому, що прискорюють у вакуумі потік електронів до енергії вище енергетичного порогу фотоядерної реакції на материнському ізотопі, виводять пучок до атмосфери, конвертують пучок прискорених електронів у потік гальмового випромінювання та діють гальмовим випромінюванням на мішень, що містить материнський ізотоп, з одночасним охолодженням її та конвертера. Хоча достоїнствами відомого способу є більш висока технологічність, дешевизна та екологічна безпека, його недоліком є порівняно низький питомий вихід ізотопу що наробляють обумовлений обмеженістю густини потоку електронів внаслідок нагріву мембрани випускного вікна прискорювача при її взаємодії з пучком прискорених електронів (не більш ніж см2100 мкА/ см2). Відомий пристрій для напрацювання ізотопів (пат США № 2504 585 нац. кл. 313-62, 1953) (4), який включає джерело прискорених частинок та розташовану на осі пучка частинок мішень. При цьому мішень закріплена на тримачі, другий кінець якого сполучений з електроприладом для дистанційної подачі мішені під пучок. Оскільки охолодження здійснюють водою при атмосферному (чи більш високому тиску) то виникає необхідність проведення пучка крізь мембрану, що розділяє вакуумну камеру прискорювача (де пучок прискорюють) та мішень (чи повітря у випадку виводу пучка прискорених частинок до атмосфери). Кожна мембрана має обмежену пропускну здатність по густині потоку частинок, пов'язану з тепловиділенням у зоні взаємодії пучка з мембраною. Ця обставина обумовлює низький питомий вихід напрацювання ізотопу. Відомий пристрій для напрацювання ізотопів, що обраний як прототип (3). Пристрій містить прискорювач електронів та послідовно розташовані поза випускним вікном прискорювача, вздовж осі його пучка, конвертер гальмового випромінювання, фільтр низькоенергетичних g -квантів та мішень, що містить ізотоп молібдену-100, і яка закріплена на одному ® кінців тримача. Недоліком пристрою (3) також є відносно низький питомий вихід молібдену-99 (не більш 10 2 Ки/г у випадку мішені, що збагачена ізотопом молібден-100, або величини на порядок меншої, у випадку мішені породного ізотопного складу), що пов'язано з обмеженістю величини густини потоку частинок, що отримана у прискорювачі, і що визначається стійкістю мембрани щодо нагріву пучком. В основу винаходу поставлена задача у способі напрацювання ізотопів та пристрої для його здійснення за рахунок рівномірного розподілу теплового навантаження, яке створює пучок мембрану випускного вікна прискорювача електронів, забезпечити підвищення густини потоку електронів і, як наслідок, питомого виходу ізотопу. Поставлена задача вирішується способом напрацювання ізотопів, що включає прискорення у вакуумі пучка електронів до енергії електронів вище енергії порогу фотоядерної реакції на материнському ізотопі, виведення пучка до атмосфери, конвертування пучка прискорених електронів у потік гальмового випромінювання та дію гальмового випромінювання на мішень, що містить материнський ізотоп, з одночасним охолодженням її та конвертера, причому у такому способі, згідно з винаходом, пучок прискорених електронів, перед виводженням його до атмосфери, сканують та синхронно скануванню пучка прискорених електронів переміщують мішень. Поставлена задача вирішується також пристроєм для напрацювання ізотопу, який містить прискорювач електронів та послідовно розташовані поза випускним вікном прискорювача, вздовж осі його пучка конвертер гальмового випромінювання, фільтр низько енергетичних квантів та мішень, що містить материнський ізотоп, і яка закріплена на одному з кінців тримача, причому у такому пристрої, згідно з винаходом, прискорювач електронів поперед його випускного вікна забезпечений вузлом сканування пучка електронів, конвертер та фільтр виконані кожний довжиною не менш довжини сканування пучка, другий з кінців тримача сполучений з електроприладом, а пристрій забезпечений блоком керування, який сполучає вузол сканування пучка електронів та електроприлад тримача. Прискорення у вакуумі пучка електронів до енергії вище енергетичного порогу фотоядерної реакції на материнському ізотопі забезпечує умови напрацювання необхідного ізотопу та визначає у підсумку його високий питомий вихід. Виведення потоку прискорених електронів до атмосфери сприяє більш ефективному охолодженню мішені поза вакууму, що сприяє підвищенню питомого виходу ізотопу. Конвертування пучка прискорених електронів у потік гальмового випромінювання та дія гальмового випромінювання на мішень необхідні як умова для напрацювання необхідного ізотопу на материнському ізотопі, яка визначає у підсумку високий питомий вихід необхідного ізотопу. Сканування пучка прискорених електронів, поперед виведенням його до атмосфери, сприяє рівномірному розподілу теплового навантаження, яке створює пучок на мембрану випускного вікна прискорювача, що визначає підвищення питомого виходу необхідного ізотопу. Синхронне переміщення пучка прискорених електронів та мішені забезпечує умову безперервної концентрації пучка гальмового випромінювання у мішені, що визначає підвищення питомого виходу необхідного ізотопу. Наявність у пристрої прискорювача електронів і послідовне розташування поза його випускним вікном та вдовж осі його пучка конвертера гальмового випромінювання, фільтра низькоенергетичних g -квантів та мішені, що містить материнський ізотоп, сприяє появі при дії потоку електронів на конвертер гальмового випромінювання, яке забезпечує при наступній взаємодії з мішенню напрацювання необхідного ізотопу у фотоядерній реакції, що визначає у підсумку високий питомий вихід ізотопу. Виконання прискорювача з вузлом сканування пучка поперед його випускного вікна забезпечує, за рахунок рівномірного розподілу теплового навантаження на мембрану випускного вікна, підвищення густини потоку електронів, як наслідок густини потоку гальмового випромінювання та питомого виходу ізотопу. Виконання конвертера та фільтра кожного довжиною не менш довжини сканування пучка забезпечує рівномірність параметрів потоку гальмових g -квантів, а також умови рівномірного нагріву цих елементів при поглиненні енергії електронів та g -квантів, і збільшення поверхні теплообміну з охолоджуючим середовищем, що сприяє підвищенню густини потоку прискорених електронів та гальмового випромінювання і, у підсумку, підвищенню питомого виходу необхідного ізотопу. Введення до пристрою блока управління, що сполучає вузол сканування пучка електронів та електроприлад тримача, забезпечує синхронне переміщення пучка електронів (отже і g -квантів гальмового випромінювання) та мішені, що дозволяє впливати у кожний момент часу на мішень пучком частинок максимальної густини, що забезпечує високий питомий вихід ізотопу, що наробляють. На кресленні відображений загальний вигляд запропонованого пристрою. Пристрій, що реалізує запропонований спосіб напрацювання ізотопів (наприклад, ізотопу молібден-99), містить прискорювач електронів 1, поперед випускного вікна 2 якого розташований вузол сканування 3 пучка, та послідовно розташовані поза випускним вікном 2 прискорювача 1, вздовж осі його пучка та вміщені у корпусі 4 з впускним 5 і випускним 6 створами для хладагенту, конвертер 7 (пластина з важкого елемента, наприклад з танталу чи вольфраму), фільтр 8 низькоенергетичних g -квантів (пластина з алюмінію чи шар саме хладагенту). На тримачі 9 розташована мішень 10, другий кінець тримача 9 сполучений з електроприладом 11. Пристрій містить блок управління 12, що сполучає вузол сканування 3 пучка та електроприлад 11. Спосіб напрацювання ізотопів (наприклад, молібдену-99) здійснюють таким чином. У вакуумній камері прискорювача і створюють потік прискорених електронів з енергією вище енергії порогу фотоядерної реакції на материнському ізотопі (наприклад, 100Мо 99Мо). За допомогою блоку управління 12 потік електронів сканують вздовж випускного вікна 2 поперед виводженням потоку до атмосфери, спрямовують виводжений крізь випускне вікно 2 потік електронів на конвертер 7 гальмового випромінювання. Поза конвертером 7 отримують сканований потік гальмового випромінювання. Після проходження фільтра 8, у якому відбувається поглинення гальмового випромінювання з енергією фотонів нижче енергетичного порогу фотоядерної реакції, потік гальмового випромінювання влучає на мішень 6, яку сканують за допомогою електроприладу 11 і, завдяки блоку управління 12. синхронно з потоком прискорених електронів (гальмового випромінювання) з одночасним охолодженням хладагентом (водою) конвертера 7, фільтра 8 та мішені 10. Запропоновані спосіб та пристрій дозволяють, як показали результати експериментів, значно підвищити (на порядок величини і більш) питомий вихід ізотопів (наприклад, до 10-1 Ки/г ізотопу молібден-99) у порівнянні з відомими способом та пристроєм, тобто забезпечують високу концентрацію наробляємого ізотопу у зразках відносно малої маси, що суттєво полегшує подальшу роботу з мішенню, тому що знижуються габаритні розміри контейнерів для транспортування мішеней, витрати хімічних реагентів при радіохімічній обробці мішені, а також спрощують процедуру вилучення з неї напрацьованого ізотопу, що у сукупності забезпечує високу технологічність технічних рішень, які заявляються.