核化学技术靶子的制备在制备作为核轰击靶子用的.DOC

第十一章　　核化学技术 第一节　　靶子的制备 在制备作为核轰击靶子用的样品的过程中，会遇到各种各样的问题，这些问题依实验的目的、其复杂程度以及照射情况而异。 一、反应堆照射 虽然，制备反应堆照射用的靶子或样品，一般说来是十分简单的，但是，也确有一些特殊的考虑。如这仔细选择用于高通量堆中照射的样品容器时，必须适当地考虑中子注量率（通量）、周围温度及照射时间的长短等因素。Pyrex容器由于其硼的含量高（硼具有很大的中子俘获截面），故应该避免选用。许多供研究用的反应堆可望有1012－1013cm.s的中子注量率，在这种堆中进行分钟级的照射，塑料容器常常是很理想的，而且它们所产生的放射性相当低。倘若时间允许，让半衰期为2.3min的28A衰变，那，用高纯铝制成的铝箔包装则很方便。较长时间的照射，往往要将样品密封在抽真空的石英瓶内，但是，一般说来这些石英瓶打碎时，对人体不产生过量的照射和严量的污染。被照射物质的热稳定性当然是一个要考虑的问题。在不同类型的反应堆中，温度的差别很大。用水冷却和水慢化的游泳池反应堆照射有机物质，一般比用石墨堆更合适。一些反应堆还设有专门的水冷、甚至液氮冷却的照射装置。照射水溶液会引起特殊的问题，即使使水溶液冷却到其沸点以下，水的辐射分解仍能使气体压力增高而产生危险，除非采取措施来排放这些气体或者通过催化作用使之重新结合。在反应堆照射中，偶尔会碰到的另一个问题是高中子截面物质的自屏蔽效应。例如：一层0.1mm厚的金（它的热中子吸收截面几乎是100b）约使热中子注量率降低6%，所以在一个边长为1mm的金立方体的内部，可能获得的中子注量率只是入射到该立方体表面的注量率的一部分。 二、厚靶加速器实验 用加速器轰击时，靶子的种类和制靶问题极多，这里仅能介绍一些概况。最简单的情况是只要求制备放射性核素，而无需知道有关反应的定量资料。这时，一般可使用厚靶，在厚靶中入射轰击粒子的能量有明显损失。例如，如果相通过（a，n）反应制备一种放射性核素，并且可用的是40Mev的4He离子，那，或许会利用厚度足以使4He离子的能量下降到刚好为几个Mev[接近（a，n）反应的阈能]的靶子，以获得最大的产额。另一方面，甚至在一个简单的制备问题中，很可能存在对不同轰击条件的选择起着支配作用的复杂情况。例如，若需制备84Rb，同时又要使83Rb的沾污为最水，那末，便不需要利用40Mev的4He离子来轰击Br，而是首先用吸收箔片将4He离子的能量降到81Br（a，2n）83Rb反应的阈能以下，即使这样也会降低81Br（a，n）84Rb反应的产额；反之，用40Mev的束流，并选择合适的靶子厚度，则可使（a，2n）的产额之比达到最大值。 用回旋加速器照射制备放射性核素时，首要的问题是冷却问题，因为靶中的能量耗散很大，在一或二平方百料的面积上可达1千瓦左右。栓接或焊接在水冷衬板上的金属靶是一种最符合冷却要求的靶子。然而，常常需要对非金属元素或化合物（靶子）进行轰击；把粉末压入冷却靶衬板上的沟槽里，或者将粉末紧密包在金属箔中，再固定到冷却靶衬板上，往往能够制得满意的靶子。让He气流过靶子表面也可使靶得到相当有效的冷却。碰到特殊问题时，也许要通过调节束流来解决，但是通常可用能量为几十MeV的流强为微安级的粒子束。 在特殊情况下，可用液体做加速器靶子。例如，用a粒子照射水以制备18F时，可用一个连续循环流动系统，使水通过照射室外的冷却槽，实现冷却靶子。在某些应用中，还可采用固定的或者流动的气体靶。 三、薄靶的要求 在许多加速器实验中都需要薄靶。以何种材料制作薄靶，很大程度上取决于实验目的。在测定反应截面的实验中，靶子必须薄到使轰击粒子通过它时，不因粒子能量损失，而使截面有显著变化。然而，这个一般性的条件对不同的情况可能是大不相同的。例如，用30－50Mev质子研究（p，xn）反应时所使用的薄靶，对于研究2Mev质子的（p，y）反应的窄共振，则往往就成为厚靶子。如要测定一个反应所产生的粒子能谱，则靶子的最大厚度很可能并不决定于靶子中的初级粒子相互作用，而是要由靶子中的次级粒子相互作用来确定。例如，若要研究（p，a）反应中产生的a能谱的低能端，那末其靶子的厚度必须比通过测量反应产物的活度来研究（p，a）总裁面时所要求的靶子厚度薄得多（每平方厘米几十微克，而对总裁面研究，则为每平方厘米几毫克）。同样，在测定反冲核的动量分布和角分布的实验中，靶子应当很薄，以使这些反冲的反应产物在飞离靶子的路程中没有明显的散射或能量损失。这可能要求靶子的厚度不大于每平方厘米几微克。 有时由初级相列作用产生的粒子所引起的次级反应会干扰测定，为了抑制这种反应，也要对靶子厚度加以限制。例如，在同一靶子上（p,pn＋）反应的产物与（n，p）反应的产物是相同的，因此，在试图测定高能质子的（p,