Циклотронная мишень для производства радионуклидов на внутреннем пучке циклотрона

Полезная модель относится к конструкциям циклотронных мишеней для производства радионуклидов путем облучения соответствующих материалов на внутреннем пучке циклотрона. Циклотронная мишень состоит из медной подложки с внутренней поверхностью, охлаждаемой проточной водой, и облучаемого материала, помещенного на внешнюю поверхность подложки. Внешняя поверхность подложки мишени выполнена вогнутой по направлению к внутренней поверхности подложки, при этом радиус кривизны внешней поверхности подложки соответствует радиусу конечной орбиты внутреннего пучка циклотрона. Внутренняя охлаждаемая водой поверхность подложки снабжена ребрами, верхняя часть которых формирует выпуклую поверхность, форма которой аналогична форме внешней поверхности подложки. Предпочтительно ширина ребер составляет от 0,8 до 1,2 мм, высота ребер составляет от 2,0 до 6,0 мм, а расстояние между ребрами - от 0,5 до 1,0 мм. Снижение удельной мощности падающего на мишень пучка протонов достигается за счет выполнения внешней поверхности мишени вогнутой в горизонтальном направлении с указанным выше радиусом, что обеспечивает одинаковый угол падения пучка протонов на облучаемую поверхность и более равномерное распределение пучка по поверхности мишени. Повышение эффективности охлаждения мишени достигается за счет наличия мелких ребер на внутренней поверхности мишени, что существенно увеличивает коэффициент теплоотдачи, благодаря увеличению теплоотдающей поверхности. В результате низкой температуры верхней части ребер и выпуклой внутренней поверхности подложки существенно возрастает прочность мишени к давлению охлаждающей воды и форма облучаемой поверхности сохраняется. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 3 фиг.

Заявляемая полезная модель относится к области техники и технологии производства радионуклидов путем облучения соответствующих материалов на внутреннем пучке циклотрона.

Циклотронная мишень обычно представляет собой подложку, выполненную из металла с высокой теплопроводностью, на внешнюю облучаемую поверхность которой нанесен подлежащий облучению материал методом наплавления, диффузионной сварки или гальванически. При облучении мишени внутренняя поверхность подложки охлаждается проточной водой.

В процессе облучения мишеней на внутреннем пучке циклотрона с целью получения радионуклидов интенсивность (мощность) пучка протонов, определяющая производительность циклотрона, ограничивается допустимой температурой поверхности облучаемого материала, при которой еще не происходит его распыления или расплавления. Температура поверхности мишени определяется удельной мощностью пучка (кВт/см ²), падающего на мишень и эффективностью охлаждения мишени.

Прототипом настоящей полезной модели является мишень, описанная в работе (Н.Н.Краснов и др. «Radionuclide Production on Cyclotron of Institute of Physics and Power Engineering» // Proceedings of the IVth International Workshop on Targetry and Target Chemistry PSI Villigen, Switzerland, September 9-12, 1991. С.54-56). У этой мишени облучаемая и охлаждаемая (оребренная) поверхности являются плоскими.

В связи с тем, что подложка мишени изготавливается из меди (марки M1 или М2), она не обладает высокой прочностью, особенно при нагреве. В результате чего при облучении мишени происходит некоторое

выпучивание облучаемой поверхности мишени из-за давления охлаждающей воды на внутреннюю поверхность мишени, которое составляет примерно 3 кг/см². Это приводит к увеличению удельной мощности пучка в районе выпучивания и соответственно к увеличению температуры поверхности мишени.

Кроме того, плоская облучаемая поверхность мишени не позволяет получить на этой поверхности равномерное распределение плотности внутреннего пучка циклотрона, имеющего круговую орбиту.

Перед авторами стояла задача устранить указанные недостатки и разработать полезную модель, которая обеспечивает снижение удельной мощности пучка на поверхности мишени благодаря равномерному ее распределению, повышает эффективность охлаждения мишени и обеспечивает неизменность формы облучаемой поверхности.

Для решения поставленной задачи предлагается циклотронная мишень для производства радионуклидов на внутреннем пучке циклотрона, состоящая из медной подложки с внутренней поверхностью, охлаждаемой проточной водой, и облучаемого материала, помещенного на внешнюю поверхность подложки, отличающаяся тем, что внешняя поверхность подложки выполнена вогнутой по направлению к внутренней поверхности подложки, причем радиус кривизны внешней поверхности подложки соответствует радиусу конечной орбиты внутреннего пучка циклотрона, а внутренняя охлаждаемая водой поверхность подложки снабжена ребрами, верхняя часть которых формирует выпуклую поверхность, форма которой аналогична форме внешней поверхности подложки. Предпочтительно, чтобы ширина ребер составляла от 0,8 до 1,2 мм, высота ребер составляла от 2,0 до 6,0 мм, а расстояние между ребрами составляла от 0,5 до 1,0 мм.

В предлагаемой полезной модели снижение удельной мощности падающего на мишень пучка достигается за счет использования вогнутой (вместо плоской) поверхности мишени в горизонтальном направлении с

радиусом примерно равным радиусу конечной орбиты внутреннего пучка циклотрона (орбиты облучения). Это обеспечивает одинаковый угол падения пучка протонов на облучаемую поверхность мишени и более равномерное распределение пучка по поверхности мишени.

Повышение эффективности охлаждения мишени достигается за счет создания мелких ребер на внутренней, охлаждаемой проточной водой, поверхности мишени, что существенно увеличивает коэффициент теплоотдачи, благодаря увеличению теплоотдающей поверхности.

Сохранение вогнутой формы облучаемой поверхности мишени в предлагаемой полезной модели достигается за счет придания выпуклой формы обратной оребренной стороне мишени, охлаждаемой проточной водой, и за счет увеличения высоты ребер. В результате низкой температуры наружной части ребер и их выпуклой поверхности существенно возрастает прочность мишени к давлению охлаждающей воды и форма облучаемой поверхности сохраняется.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является новая форма конструкции мишени, использование которой обеспечивает повышение производительности циклотрона при производстве радионуклидов за счет снижения удельной мощности пучка на облучаемой поверхности мишени, за счет повышения эффективности охлаждения мишени и за счет неизменности формы облучаемой поверхности мишени.

На чертежах представлена конструкция заявляемой полезной модели:

фиг.1 - вид мишени сверху;

фиг.2 - вид мишени с охлаждаемой стороны;

фиг.3 - поперечный разрез мишени.

Позиции на чертежах обозначают:

1 - облучаемая поверхность, 2 - охлаждаемая поверхность, 3 - облучаемый материал.

Использование предлагаемой полезной модели ничем не отличается от использования ее прототипа. Мишень устанавливается в то же мишенное устройство, что и ее прототип. При выключенном циклотроне из камеры циклотрона выдвигается мишенное устройство (на фиг. не показано). Циклотронная мишень с облучаемым материалом, размещенным на облучаемой поверхности 1 мишени, вставляется в мишенное устройство и прижимается к головке устройства. В мишенное устройство под давлением не менее 3 атм. подается охлаждающая вода и контролируется отсутствие протечки воды, после чего мишенное устройство с мишенью вдвигается в циклотрон в положение облучения. После окончания облучения циклотрон выключают, выдвигают мишенное устройство, выключают охлаждающую воду и извлекают мишень для контроля качества облучения, измерения активности и дальнейшей переработки полученных радионуклидов.

Настоящая полезная модель предназначена для облучения на внутреннем пучке циклотрона с установкой ее в мишенное устройство, аналогичное представленному в патенте на полезную модель 33285 «Мишенное устройство».

Экспериментальное облучение мишени в форме предлагаемой полезной модели, проведенное на циклотроне РИЦ-14, подтвердило снижение удельной мощности пучка на поверхности мишени в два раза за счет использования вогнутой внешней поверхности мишени и выпуклой поверхности ее ребер.

1. Циклотронная мишень для производства радионуклидов на внутреннем пучке циклотрона, состоящая из медной подложки с внутренней поверхностью, охлаждаемой проточной водой, и облучаемого материала, помещенного на внешнюю поверхность подложки, отличающаяся тем, что внешняя поверхность подложки выполнена вогнутой по направлению к внутренней поверхности подложки, причем радиус кривизны внешней поверхности подложки соответствует радиусу конечной орбиты внутреннего пучка циклотрона, а внутренняя охлаждаемая водой поверхность подложки снабжена ребрами, верхняя часть которых формирует выпуклую поверхность, форма которой аналогична форме внешней поверхности подложки.

2. Циклотронная мишень по п.1, отличающаяся тем, что ширина ребер составляет от 0,8 до 1,2 мм, высота ребер составляет от 2,0 до 6,0 мм, а расстояние между ребрами составляет от 0,5 до 1,0 мм.