RU2558660C1 - Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления - Google Patents
Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558660C1 RU2558660C1 RU2014109998/07A RU2014109998A RU2558660C1 RU 2558660 C1 RU2558660 C1 RU 2558660C1 RU 2014109998/07 A RU2014109998/07 A RU 2014109998/07A RU 2014109998 A RU2014109998 A RU 2014109998A RU 2558660 C1 RU2558660 C1 RU 2558660C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fission fragments
- substrate
- sealed
- source
- california
- Prior art date
Links
- 239000012634 fragment Substances 0.000 title claims description 37
- 230000004992 fission Effects 0.000 title claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 7
- HGLDOAKPQXAFKI-OUBTZVSYSA-N californium-252 Chemical compound [252Cf] HGLDOAKPQXAFKI-OUBTZVSYSA-N 0.000 title description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 20
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 13
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052686 Californium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 3
- HGLDOAKPQXAFKI-UHFFFAOYSA-N californium atom Chemical compound [Cf] HGLDOAKPQXAFKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 description 1
- 238000002366 time-of-flight method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области изготовления двусторонних герметичных изотопных источников осколков деления на основе калифорния-252, применяемых в ядерно-физических экспериментах, основанных на время-пролетном методе. В заявленном изобретении для того, чтобы двусторонний источник осколков деления был герметичным и в то же время спектрометрическим, т.е. с энергетическим спектром осколков деления, в котором возможно выделить тяжелую и легкую группы, предусмотрено использование в качестве подложки (1) прозрачной для осколков деления (~0,15 мкм) пленки из окиси алюминия, на которую наносят активное пятно (2) из радиохимически чистого раствора калифорния-252. При этом полученный источник вначале упрочняют с обеих сторон тонкими слоями золота (3) толщиной 50-100 мкг/см2, а затем герметизируют слоями никеля (4). При этом энергетические спектры осколков деления, вылетающих с обеих сторон, идентичны. Техническим результатом является обеспечение возможности использования в экспериментах герметичного двустороннего спектрометрического источника источника, в том числе во время-пролетных экспериментах. 2н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к физикохимии поверхности и может быть использовано при изготовлении источников осколков деления, применяемых в экспериментах атомной физики, основанных на время-пролетном методе, например, в масс-спектрометрии органических соединений. В качестве делящегося вещества используют спонтанно делящийся изотоп калифорний-252.
Использование двусторонних калифорниевых источников осколков деления основано на том, что при делении ядра осколки деления разлетаются на 180°. В экспериментах источник располагают таким образом, что один из вылетающих осколков деления действует на облучаемый объект, а парный ему осколок регистрируют детектором, расположенным с противоположной стороны источника, тем самым задавая начало отсчета времени, что позволяет исследовать процесс воздействия первого осколка.
Источники осколков деления, как правило, герметизируют, поскольку удельные потери энергии осколков при торможении в веществе существенно выше, чем у других видов радиоактивных излучений. Это приводит к десорбции атомов калифорния с поверхности источников и, как следствие, к загрязнению экспериментального оборудования [И.А. Баранов, А.С. Кривохатский, В.В. Обнорский. Механизм распыления материалов тяжелыми многозарядными ионами - осколками деления, ЖТФ 51 (1981) 2457-2475]. Герметизацию осуществляют путем нанесения тонкого слоя металла. Установлено, что слой никеля толщиной ~1 мг/см2 позволяет герметизировать слой калифорния толщиной 1,4 мкг/см2 при диаметре активного пятна 3 мм (такое сочетание толщины активного слоя и диаметра активного пятна является своего рода стандартом для двусторонних калифорниевых источников, используемых в эксплуатируемых установках).
Источник осколков деления считается спектрометрическим, если в энергетическом спектре осколков деления присутствуют два пика, соответствующие тяжелой и легкой группам осколков. Однако в результате герметизации после прохождения 1 мг/см2 никеля энергетический спектр осколков деления калифорния, вылетающих из активного пятна, сдвигается на 24-26 МэВ в сторону меньших энергий. Если же энергетический спектр осколков деления, вылетающих из активного пятна до нанесения герметизирующего слоя, уже сдвинут более, чем на 10 МэВ относительно эталонного [Р. Wohlfarth et al. Pulse height defect of fission fragment products in a silicon surface barrier detector, Nucl. Instr. & Meth. 140 (1977) 189-191], то результирующий спектр будет сплошным, без разделения на тяжелую и легкую группы, и в тех случаях, когда требуются количественные оценки воздействия той или иной групп осколков деления, такие источники не применимы.
Известен способ изготовления двусторонних источников осколков деления, в котором осаждение калифорния производили методом электролиза на подложку из никеля толщиной 1 мг/см, а затем сторону подложки, на которую нанесен калифорний, методом электролиза покрывали герметизирующим слоем никеля толщиной 1 мг/см2. Но при этом в описании указано, что данные источники не являются спектрометрическими [Каталог фирмы, выпускающей радиоактивные источники, Isotope Products Laboratories, Burbank, California, USA, 1991, с.54]. Отметим также, что при осаждении электролизом количество наносимого вещества должно быть в несколько раз больше, чем необходимо осадить на подложку.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу изготовления источников осколков деления на основе калифорния-252, является способ по патенту Российской Федерации №2207639 (опубл. 27.06.2003, бюл. №18) [1]. Этот способ заключается в осаждении капли радиохимически чистого калифорния-252 на подложку, на которую предварительно наносят слой золота толщиной ~1 мкг/см2 и диаметром, равным диаметру активного пятна. После высыхания активное пятно герметизируют слоем никеля.
В патенте [1] описан изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252, наиболее близкий к предполагаемому источнику. Этот известный источник содержит подложку, нанесенный на нее слой золота, активное пятно из калифорния-252 и герметизирующее покрытие из никеля.
Однако способ изготовления калифорниевого источника, предложенный в [1], относится к способам изготовления односторонних источников, для которых в качестве подложки используют металлические фольги толщиной не менее десятых доли миллиметра, и вылет осколков деления с подложки происходит только в одну полусферу. Поэтому область применения таких источников ограничена, в частности они не могут быть использованы во время-пролетных экспериментах.
Предлагаемыми изобретениями решается задача создания двустороннего источника осколков деления, который был бы герметичным и в то же время спектрометрическим.
Для решения поставленной задачи предложено в качестве подложки источника использовать прозрачную для осколков деления пленку из окиси алюминия Al2O3 толщиной ~60 мкг/см2 (~0,15 мкм). Такие пленки являются достаточно прочными и химически инертными. Прохождение осколков деления через пленку приводит к сдвигу их исходного энергетического спектра всего на несколько МэВ. После нанесения на пленку-подложку активного пятна из радиохимически чистого калифорния-252 ее покрывают с обеих сторон упрочняющими слоями золота толщиной 50-100 мкг/см2 и герметизирующими слоями из никеля.
Преимущество такого устройства источника осколков деления по сравнению с прототипом состоит в том, что источник, будучи герметичным и в то же время спектрометрическим, является двусторонним и допускает использование во время-пролетных экспериментах.
Предлагаемый способ изготовления источника осколков деления осуществляют в следующей последовательности.
Вначале производится радиохимическая очистка исходного вещества, содержащего калифорний-252 [Аналитическая химия трансплутониевых элементов. «Наука». Москва 1972]. Критерием степени очистки является минимум сдвига измеренного энергетического спектра осколков деления относительно эталонного (см.выше). Экспериментально установлено, что при использовании метода распределительной хроматографии возможна такая степень очистки, при которой энергетический спектр высушенной капли раствора, сдвинут в область меньших энергий не более, чем на 2-3 МэВ. Калибровку энергетической шкалы производят с использованием эталонного источника калифорния с известным энергетическим спектром.
Активное пятно калифорния получают путем осаждения капли очищенного на подложку из окиси алюминия Al2O3 толщиной ~60 мкг/см2. Объем капли раствора выбирают таким, чтобы в капле была сосредоточена вся требуемая активность. В результате расход вещества оказывается минимальным и без потерь. Следует отметить, что осаждение капли раствора калифорния на подложку из окиси алюминия не требует предварительного нанесения слоя золота толщиной ~1 мкг/см2 с диаметром, равным диаметру активного пятна, как это предлагается в патенте [1] для подложки из фольги. поскольку, как было экспериментально установлено, в случае подложки из окиси алюминия наличие такого слоя золота может приводить к неконтролируемому растеканию капли раствора калифорния. В данном же случае сразу после высыхания капли с активностью обе стороны подложки покрывают тонкими слоями золота ~50-100 мкг/см2 путем термораспыления соответствующей навески золота в вакууме с расстояния не менее 10 см во избежание перегрева и повреждения пленки. Это делается с целью упрочнения пленки-подложки, поскольку после осаждения капли калифорния под действием осколков деления она может вскоре порваться, если ее не металлизировать.
Далее обе стороны подложки поочередно покрывают слоями никеля до толщины 1 мг/см2 по никелю (для идентичности энергетических спектров осколков деления, вылетающих с каждой стороны источника) путем осаждения никеля, образующегося при разложении паров карбонила никеля Ni(CO)4 на поверхности подложки при температуре +180°С. Такое покрытие является более прочным и лучше связанным с подложкой, чем покрытия, нанесенные электролизом или термораспылением в вакууме. Поскольку процесс связан с нагревом пленки-подложки, роль ее предварительного упрочнения тонкими слоями золота также очевидна. Толщина герметизирующего покрытия при осаждении никеля контролируется с помощью альфа-спектрометра по сдвигу альфа-линии калифорния 6,12 МэВ.
Полученное изделие схематически представлено на фиг.1. Подложка из окиси алюминия 1 с осажденным активным пятном из калифорния 2, покрыта с обеих сторон упрочняющими сломи золота 3 и герметизирующими слоями из никеля 4. Сформированное таким образом изделие зажимают между двумя металлическими дисками толщиной ~0,1 мм, имеющими отверстия в области расположения активного пятна для выхода осколков деления в противоположные стороны, и скрепляют по периферии.
Проверку изготовленного источника на герметичность производят следующим образом. На расстоянии 0,2-0,3 мм от каждой из сторон источника располагают чистые алюминиевые фольги и сборку «источник - фольги» помещают в вакуум. После определенной выдержки определяют альфа-активность на поверхности фолы в области альфа-пика калифорния-252.
Пример.
На подложку из окиси алюминия осаждали каплю радиохимически очищенного раствора, объемом 4 мкл, содержащую 0,05 мкг калифорния-252. Сдвиг энергетического спектра осколков деления, измеренный после высыхания капли, относительно эталонного составил в среднем не более 2 МэВ. Далее обе стороны подложки покрывали упрочняющими слоями золота толщиной (70±10) мкг/см2 методом термораспыления в вакууме. Затем каждую из сторон герметизировали слоем никеля. Суммарная толщина каждого слоя (включая толщины золотого покрытия и подложки) составила (1,0±0,1) мг/см2 по никелю. В энергетических спектрах осколков деления (практически идентичных) присутствуют пики тяжелой и легкой групп с энергиями 54 и 72 МэВ соответственно.
Выход осколков деления изготовленного источника в телесный угол 4π составляет 3,1*104 с-1. При проверке герметичности источника чистые алюминиевые сборники, располагали с обеих сторон источника через разделительные кольца толщиной 0,5 мм. Сборку выдерживали в вакууме 10-6 Торр в течение 2-х суток, а затем сборники измеряли на альфа-спектрометре. Число импульсов, соответствующих альфа-активности на поверхности сборников в области альфа-пика калифорния-252, не превысило числа фоновых импульсов, измеренных предварительно в этой области, что свидетельствовало о герметичности источника.
Claims (2)
1. Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252, включающий подложку с нанесенным на нее активным пятном в виде высушенной капли радиохимически чистого раствора калифорния-252 и герметизирующее покрытие из никеля, отличающийся тем, что подложка выполнена из прозрачной для осколков деления пленки окиси алюминия, герметизирующее покрытие из никеля нанесено с обеих сторон подложки, а между герметизирующим слоем из никеля и подложкой с активным пятном расположен упрочняющий слой золота толщиной 50-100 мкг/см2.
2. Способ изготовления изотопного источника осколков деления на основе калифорния-252, включающий создание активного пятна путем осаждения на подложку капли радиохимически чистого калифорния-252, ее высушивание и нанесение герметизирующего слоя из никеля, отличающийся тем, что каплю радиохимически чистого калифорния-252 осаждают на прозрачную для осколков деления подложку из окиси алюминия, после высыхания капли обе стороны подложки покрывают упрочняющими слоями золота, а затем - герметизирующими слоями из никеля.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014109998/07A RU2558660C1 (ru) | 2014-03-14 | 2014-03-14 | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014109998/07A RU2558660C1 (ru) | 2014-03-14 | 2014-03-14 | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2558660C1 true RU2558660C1 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53795970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014109998/07A RU2558660C1 (ru) | 2014-03-14 | 2014-03-14 | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2558660C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655668C1 (ru) * | 2017-01-27 | 2018-05-29 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1509189A (en) * | 1975-08-08 | 1978-05-04 | Analytical Instr Ltd | Ionisation detectors |
| RU2207639C2 (ru) * | 2001-05-03 | 2003-06-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г.Хлопина" | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
| EP2302643A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Source Production & Equipment Co., Inc. | A Gamma Radiation Source |
-
2014
- 2014-03-14 RU RU2014109998/07A patent/RU2558660C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1509189A (en) * | 1975-08-08 | 1978-05-04 | Analytical Instr Ltd | Ionisation detectors |
| RU2207639C2 (ru) * | 2001-05-03 | 2003-06-27 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г.Хлопина" | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
| EP2302643A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Source Production & Equipment Co., Inc. | A Gamma Radiation Source |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655668C1 (ru) * | 2017-01-27 | 2018-05-29 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
| WO2018139954A1 (ru) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nishio et al. | Nuclear orientation in the reaction S 34+ U 238 and synthesis of the new isotope Hs 268 | |
| Jäger et al. | High intensity target wheel at TASCA: target wheel control system and target monitoring | |
| Bauer et al. | Investigation of the electronic energy loss of hydrogen ions in H2O: influence of the state of aggregation | |
| RU2558660C1 (ru) | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления | |
| Møller | High-energy channeling—applications in beam bending and extraction | |
| Koulouris et al. | Study of the reaction 70Zn (15 MeV/nucleon)+ 64Ni with the MAGNEX spectrometer for the production of neutron-rich isotopes | |
| Terabe et al. | Increase in the positronium emission yield from polycrystalline tungsten surfaces by sodium coating | |
| Sarma et al. | Fabrication and characterization of highly enriched thin 176Yb targets for the reaction dynamic studies on fission mass distribution | |
| Niggas et al. | Charge exchange of slow highly charged ions from an electron beam ion trap with surfaces and 2D materials | |
| RU2207639C2 (ru) | Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления | |
| RU2341845C2 (ru) | Способ получения металлических нанокластеров в свободном состоянии | |
| Nees et al. | Energy dependence of fast heavy ion induced desorption of secondary ions | |
| Engelfried | Particle Identification | |
| Harvey et al. | Recoil Studies of Heavy Element Nuclear Reactions. II | |
| Biswas et al. | Fabrication and characterization of thin 116Cd target films for fusion measurements | |
| Pysz et al. | Measurement of the lifetime of heavy Λ hypernuclei with the recoil shadow method and internal targets in the storage ring COSY-Jülich | |
| Kawakami et al. | Study of energy loss of 18 keV β-rays in a Langmuir-Blodgett thin film | |
| Campostrini et al. | Overcoming intrinsic and beam-induced backgrounds at LUNA | |
| Iida et al. | Emission of low-energy positronium from alkali-metal coated single-crystal tungsten surfaces | |
| Engelfried | Particle Identification | |
| Chen et al. | Direct observation of 𝛽 and 𝛾 decay from a high-spin long-lived isomer in 187Ta | |
| Gurin et al. | STUDY OF LIGHT IONS ACCELERATION IN A DIODE WITH A SOLID TARGET AND REGISTRATION OF NUCLEAR PROTON-BORON REACTION PRODUCTS GENERATED IN THE PLASMA DIODE. | |
| Kindler et al. | Targets of 72Germanium for in-beam gamma-ray spectroscopy | |
| RU2568305C2 (ru) | Генератор быстрых моноэнергетических нейтронов | |
| Bhushan et al. | High resolution TOF-SIMS depth profiling of nano-film multilayers |