Способ изготовления источника позитронов

Способ изготовления источника позитронов

Реферат

Изобретение относится к области изготовления источников излучения, а именно к области изготовления источников позитронного излучения.

Известен источник позитронного излучения (Патент США №6410919, Nickles, Robert J. "Positron gun for pet attenuation measurements"), который используется в установке для измерения ослабления позитронного излучения. Источник излучения на основе Na-22 изготавливали методом упаривания соляно-кислого раствора Na-22 без носителя в углублении подложки. Затем углубление закрывали алюминиевой фольгой.

Известен также способ изготовления источника позитронов, предложенный Жихаревым Н.А. (Патент SU 1806412 A3 «Способ изготовления источника позитронов»). Для изготовления источника используется пленка специального аморфного сплава Ti-Zr-Si толщиной 0,2-2 мкм, изготавливаемая путем ионно-плазменного напыления на подложку. При изготовлении источника водный раствор позитронноактивного препарата наносят в центр медной шайбы, приклеенной к одной из заготовок аморфной пленки. Раствор выпаривается, а осадок локализуется путем приклеивания к шайбе второй заготовки подложкой наружу. После полимеризации клеевого соединения источник покрывается лаком, за исключением своей центральной части диаметром, соответствующим диаметру активной зоны источника. После этого источник опускают в раствор кислоты и вытравливают подложку в центральной его части, чем обеспечивается выход позитронов через окошки из аморфной пленки. В качестве позитронного излучателя использовали радионуклид Na-22.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления источника, выпускаемого фирмой Amersham International plc (Industrial gauging and analytical instrumentation sources, p.49, Каталог фирмы Amersham International plc, 1986). Способ изготовления известного источника позитронов включает нанесение радионуклида натрий-22 в форме соли осаждением на подложку из платинового диска, ее размещение в корпусе из титана с окном из титановой фольги и последующую герметизацию подложки с радионуклидом в корпусе источника лазерной сваркой.

К недостаткам известных источников позитронного излучения и способов их изготовления относится то, что в качестве источника позитронов использован Na-22, который имеет невысокую среднюю энергию позитронов (Е_ср≈215 кэВ) и тем самым относительно небольшой пробег частиц (пробег в титане около 145 мкм), что несколько ограничивает исследовательские возможности использования такого источника позитронов. При использовании в качестве источника позитронов Na-22 для обеспечения приемлемого выхода позитронов необходимо делать тонкое окошко. Обращение с таким источником требует особой аккуратности, чтобы не повредить окошко. Последнее может привести к разгерметизации источника и загрязнению оборудования, помещения и работника. Существенным недостатком Na-22 является также то, что он распадается в газообразный стабильный изотоп Ne-22. По мере распада Na-22 в источнике может создаваться избыточное давление до нескольких атмосфер, что может привести к разгерметизации источника и радиационной аварии. Кроме того, Na-22 имеет довольно высокую гамма-постоянную 11,851 Р·см²/ч·мКи, связанную с сопутствующим интенсивным жестким гамма-излучением с Е=1,274 МэВ (η=99,95%). Это создает неудобства в работе, связанные с необходимостью защиты от жесткого гамма-излучения, и может приводить к повышенному облучению работающего с источником человека.

Кроме того, изготовление источника методом упаривания раствора радионуклида дает недостаточно равномерное распределение радионуклида и не обеспечивает прочного сцепления радионуклида с подложкой.

Решаемая изобретением техническая задача заключалась в устранении указанных недостатков, а именно: создании способа изготовления источника позитронов, позволяющего повысить механическую прочность источника, упростить работу с источником, уменьшить вероятность радиационного облучения работника. А также позволяющего улучшить равномерность распределения и фиксации радионуклида на подложке и расширить возможности использования источника в исследовательских целях посредством увеличения энергии излучаемых позитронов.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе изготовления источника позитронов, включающем нанесение радионуклида на подложку, ее размещение в корпусе источника с окном из фольги и последующей герметизацией подложки с радионуклидом в корпусе источника, предлагается в качестве радионуклида использовать германий-68, находящийся в равновесии с дочерним радионуклидом галлий-68.

При этом в частном случае нанесение радионуклида на подложку осуществляют электролитическим методом, радионуклид закрывают на подложке радиационно-стойкой полимерной пленкой с клеящим слоем, а герметизацию источника осуществляют методом лазерной сварки.

Технический результат состоит в том, что создан способ изготовления источника позитронов, позволяющий повысить механическую прочность источника, упростить работу с источником, уменьшить вероятность радиационного облучения работника. А также позволяющий изготавливать источники позитронов с улучшенной равномерностью распределения и фиксации радионуклида на подложке и с расширенными возможностями использования источника в исследовательских целях.

Технический результат достигается за счет:

- применения для изготовления источника радионуклида германия-68, находящегося в равновесии с радионуклидом галлий-68, который испускает позитроны с более высокой средней энергией (Е_ср≈835 кэВ) и, соответственно, с большим пробегом в исследуемом материале (пробег в титане около 1070 мкм), не имеет высокоинтенсивного сопутствующего жесткого гамма-излучения и, соответственно, имеет существенно более низкое значение гамма-постоянной 4,657 Р·см²/ч·мКи и распадается без образования газообразных продуктов распада;

- нанесения радионуклида германий-68 на подложку электролитическим методом;

- закрытия слоя тонкой радиационно-стойкой полимерной пленкой с клеящим слоем;

- герметизации подложки с нанесенным радионуклидом в капсуле методом лазерной сварки.

Использование в качестве источника позитронов германия-68 позволяет использовать окошко из более толстого и тем самым обладающего большей механической прочностью материла без уменьшения выхода позитронов.

Так как германий-68 коммерчески доступен в виде GeCl₄ в растворе соляной кислоты и GeCl₄ является легко летучим соединением, то изготовление источника позитронов с германием-68 методом упаривания представляет серьезную проблему. Использование электрохимического метода нанесения германия-68 на подложку упрощает нанесение активного слоя на подложку, позволяет получать более равномерное распределение активности на поверхности подложки и устраняет улет германия-68 в виде хлорида.

Источник позитронного излучения представлен на чертеже, где 1 - это слой радиоактивного германия-68, 2 - платиновая фольга, 3 - вольфрамовый отражатель. 4 - титановая заглушка, 5 - радиационно-стойкая пленка с клеящим слоем, 6 - титановая капсула, 7 - выходное окно.

Осуществление предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

На платиновую фольгу (2) диаметром 6 мм и толщиной 30 мкм, являющуюся подложкой, электрохимическим способом нанесли 10 мКи германия-68 (1). Использовали германий-68, выпускаемый по ТУ 95.860-99. Фольгу поместили на вольфрамовый отражатель (3) в титановой заглушке (4) и заклеили радиационно-стойкой тонкой пленкой (5) с клеящим слоем. На полученную сборку надели титановую капсулу (6) с предварительно припаянным титановым выходным окном (7) толщиной 10 мкм. Как видно на чертеже, титановая капсула (6) с выходным окном и титановая заглушка (4) в сборе составляют корпус источника позитронов. Собранный таким образом источник герметизировали методом лазерной сварки.

В качестве выходного окна может быть использована вакуумно-плотная фольга из легких металлов, таких как бериллий, алюминий, ванадий, и их сплавов.

1. Способ изготовления источника позитронов, включающий нанесение радионуклида на подложку, ее размещение в корпусе источника с окном из фольги и последующей герметизацией подложки с радионуклидом в корпусе источника, отличающийся тем, что радионуклид на подложку наносят электролитическим методом и закрывают его на подложке радиационно стойкой пленкой с клеящимся слоем, а в качестве радионуклида используют германий-68, находящийся в равновесии с дочерним радионуклидом галлий-68.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корпус источника выполняют сборным из капсулы с окном и заглушки.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что герметизацию источника осуществляют методом лазерной сварки.