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1、第34卷第5期原子能科学技术Vol.34,No.52000年9月AtomicEnergyScienceandTechnologySep.2000熔化靶技术用于在线同位素分离器赵进华,张 立,王同庆,郭 斌,范红梅,胡青元,杨永锋,郑纪文(中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730000)18摘要:将熔化铅靶技术应用于在线同位素分离器。600MeV中能O束轰击熔化铅靶的反应产物通过传输管扩散进入离子源,由带传输系统进行汞同位素的收集和传输。实验观测到了汞的若干同位素的γ射线。关键词:熔化铅靶;在线同位素分离器
2、;带传输系统中图分类号:O615111文献标识码:A文章编号:100026931(2000)0520460204与在线同位素分离器配接的靶系统必须可靠而有效,靶单元应在不影响离子源正常工作情况下既保证靶材料的连续辐照又能使核反应产生的放射性核素全部顺序且在尽可能短的时间内从靶材料中脱出,并扩散进入分离器离子源。熔化靶利用熔化状态下靶材料的饱和蒸汽压远远低于靶辐照期间由核反应产生的易挥发性产物核素的饱和蒸汽压这一物理现象,使处于低压气相状态的反应产物从靶传输到分离器离子源,而靶材料本身则不会蒸发损失。气相20
3、8[1]209[2,3]热色谱分离技术用于新丰中子同位素Hg、Hg的合成研究表明,它是有效分离核反应产物的重要手段之一。为增大束流接受面,提高期望核的产额,采用厚靶且使其处于熔融态,可将核反应产物汞连续、快速、高效地选择性收集。本工作对熔化靶技术用于在线同位素分离器的可能性进行初步探索,并对在线熔化靶技术与分离器离子源联接进行调试实验。1 实验装置熔化靶单元位于分离器离子源高压区的离子源前,原理和结构与在线熔化靶气相热色谱[4]分离装置的靶单元相似。<35mm×40mm的石墨靶容器作成阶梯形,靶容器放置于石
4、墨靶腔中,靶腔通过传输管与分离器离子源实现真空联接。传输管由<6mm×1mm长300mm不锈钢管制成,其末端通过氮化硼陶瓷与离子源室炭捕获器实现滑动连结,连结处孔径为<2mm。靶腔外真空室由处于低压区的分子泵机组排气。靶腔的真空排气由分离器离子源的分子泵真空系统完成。靶单元安装在用去离子水冷却的法兰上。完整的系统结构示于图1。在收稿日期:1998211202;修回日期:1999201218基金项目:国家自然科学基金资助项目(19575056);中国科学院“八五”重大课题资助项目作者简介:赵进华(1940—)
5、,男,江苏如东人,副研究员,实验核物理专业第5期 赵进华等:熔化靶技术用于在线同位素分离器461靶前低压区配置<20mm×90mm的束流准直器,其后跟随气动驱动法拉第筒。用W/Re热电偶测量靶腔靶温,靶腔热屏蔽结构维持靶温650℃时的热功耗为230W。靶腔加热电流由低压大电流变压器供给,电流变压器处于40kV电位上,它的初级由60kV高压隔离变压器供电,调节隔离变压器的初级电压即可改变加热功率。分离器系统的质量刻度使用稳定同位素200202Hg、Hg(来自室温下的液态汞)和Kr、Xe气体,通过长约20cm
6、<1mm的不锈钢毛细管进入石墨靶腔,经传输管扩散进入离子源,气量由标准漏孔限定。分离器使用的FEBIAD型离子源需在低气压下工作,故实验中未使用载气。图1 熔化靶与在线同位素分离器联合运行配置图Fig.1SchematicdiagramofthemoltenPbtargetwithon2lineseparatorsystem1———束流测量室;2———熔化靶室;3———质量刻度源;4———分离器离子源;5———静电四极透镜;6———分析磁铁;7———焦平面;8———静电四极透镜;9———收集室;10———法
7、拉第筒;11———样品收集带;12———铅屏蔽;13———HPGeγ探测器2;14———探测器1;15———带传输系统2 实验nat靶材料为Pb,纯度为99199%。为了靶容器的安全和尽可能排除靶材料和石墨靶容器-4中吸附的气体,实验前缓慢升温至650℃,并在此温度下维持离子源真空度好于4×10Pa,然后,再进行离子源系统的预热、分离器系统的质量刻度等。因传输管两端处于较高温度而未加热,这对汞的传输是可行的。分离器焦平面设置宽度为10mm的固定狭缝。用带传输系统收集和传输样品,计算机数据获取磁带作为样品收集
8、带。收集带在真空下运行,带上束流斑点约12mm。两组探测器分别位于收集室和距收集室675mm处(图1),位于收集室处的探测器用于监测。入射束流强度50～60nA,由法拉第筒监测。样品收集时间为100min。收集的样品由带传输系统移至探测器2进行γ能谱测量。3 实验结果与讨论实验在分离器系统更换了部分真空室和引出电极、将原有油扩散泵换为涡轮分子泵、系统未作仔细调整情况下进行,同位素分离器处于非最佳状态。由于本次实验
