用于强流质子回旋加速器生产Sr-82与Ge-68级联靶的设计方法与流程

本发明属于回旋加速器放射性同位素生产，具体提供一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法。

背景技术：

1、在利用回旋加速器辐照靶件时，靶的厚度越厚，质子在靶材里就会有更多的能量沉积和更高的核素产额，但由于靶件的工艺问题，单一靶件的厚度通常较低，且每种核素有最适合的激发曲线，只有在相应能量段里辐照才能得到最优的产额，以上原因使中高能加速器质子束的能量在单一靶材情况下不能完全被利用。如何在不改变加速器性能的情况下更好的利用质子束的能量提高核素的产额成为一个难题。

技术实现思路

1、本发明针对现有单一辐照靶存在的不足，提出一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，目的在于解决传统回旋加速器辐照单一靶质子束利用率低的问题。

2、本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

3、一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特点是：包括以下步骤：

4、步骤一、确定要生产的核素为：sr-82、ge-68、na-22；

5、步骤二、将核素和靶材对应：铷靶：适合生产其中的sr-82；镓靶：适合生产ge-68；镁靶：适合生产na-22；

6、步骤三、确定当前回旋加速器的最高能量为75mev；

7、步骤四、根据当前回旋加速器器最高能量，以及铷靶、镓靶、镁靶在不同能量下的核反应截面，确定它们各自的最佳能量段和靶材的厚度；

8、所述确定它们各自的最佳能量段，具体为：级联靶的第一级靶材按照当前回旋加速器最高能量、以及它的核反应截面确定其能量段和厚度；级联靶的下一级靶材按照质子束流穿过上一个靶材后依然有合适的能量段入射到下一级靶材计算下一级靶材的能量段，并根据该能量段计算下一级靶材的厚度；当遇到两个能量段存在交集时，将交集区域分为两段处理：对于峰值区域内的交集，采取包住当前峰值区域的原则确定当前靶材能量段，对于两个靶材各自峰值区域外的交集，选取反映截面高的曲线作为对应靶材的能量段的扩充；

9、步骤五、组成级联靶：当每个能量段只有一种靶材、并且至少有二个能量段时，按照能量段由大到小排序组成一组级联靶；当多个靶的能量段的两端的值相近、或者多个靶的能量段为同一个能量段时，当前级联靶只选择其中之一，按照能量段由大到小排序组成多组级联靶。

10、进一步地，所述多个靶的能量段为同一个能量段时，当前级联靶只选择其中之一，具体如下：由于铷靶和镁靶的能量段为同一个能量段，所以，第一组级联靶为铷靶和镓靶组成的级联靶，第二组级联靶为镁靶和镓靶组成的级联靶。

11、进一步地，所述级联靶的第一级靶材按照当前回旋加速器最高能量、以及它的核反应截面确定其能量段和厚度，具体如下：

12、第一组级联靶的第一级靶铷靶的厚度计算如下：

13、1)75mev强流质子束经过级联靶外壳和冷却水后先降低一部分能量，该降低的能量约2-5mev；

14、2)入射到铷靶上生产核素sr-82；

15、3)由铷与质子的反应截面可知，75mev强流质子回旋加速器可用于sr-82生产的适合的能量段为40-75mev；

16、4)经过蒙卡软件计算，铷靶的厚度约为27.7mm时，可以使质子能量从70mev降低到40mev。

17、进一步地，所述级联靶的第一级靶材按照当前回旋加速器最高能量、以及它的核反应截面确定其能量段和厚度，具体如下：

18、第二组级联靶的第一级靶镁靶的厚度计算如下：

19、1)75mev强流质子束经过级联靶外壳和冷却水后先降低一部分能量，该降低的能量约2-5mev；

20、2)入射到镁靶上生产核素na-22；

21、3)由镁与质子的反应截面可知，75mev强流质子回旋加速器可用于na-22生产的适合的能量段为40-75mev；

22、4)经过蒙卡软件计算，镁靶的厚度约为18.6mm时，可以使质子能量从70mev降低到40mev。

23、进一步地，所述级联靶的下一级靶材按照质子束流穿过上一个靶材后依然有合适的能量段入射到下一级靶材计算下一级靶材的能量段，并根据该能量段计算下一级靶材的厚度，具体如下：

24、第一组级联靶、第二组级联靶共同的下一级镓靶的厚度计算如下：

25、1)质子束流穿过第一级铷靶后依然有40mev以下能量段入射到镓靶上；

26、2)穿透铷靶件后，质子经过冷却水层后能量降低一部分，该降低的能量约2-6mev；

27、3)入射到镓靶上生产ge-68；

28、4)由镓靶与质子的反应截面获得，可用于ge-68生产的适合的能量段为13-40mev；

29、5)经过蒙卡软件计算，镓靶的厚度约为3.3mm时，能够使质子能量从40mev降低到16mev。

30、进一步地，所述当遇到两个能量段存在交集时，将交集区域分为两段处理：对于峰值区域内的交集，采取包住当前峰值区域的原则确定当前靶材能量段，对于两个靶材各自峰值区域外的交集，选取反映截面高的曲线作为对应靶材的能量段的扩充，具体为：虽然sr-82的能量段有大约四分之三和ge-68存在交集，但综合考虑，首先要保住sr-82的峰值区域，因此，sr-82的能量段峰值区域40-75mev内的ge-68不予考虑；另一方面，虽然ge-68的峰值区域是13-30mev，但是由于30-40mev的区域内ge-68的反应截面相对高，所以30-40mev的能量段算在ge-68的能量段范围内，如此，ge-68的能量段区域就从13-30mev扩大为13-40mev。

31、本发明的优点效果

32、本发明针对回旋加速器放射性同位素生产的需求，将传统的单一辐照靶设计为不同靶材的级联靶，使质子束流穿过第一件靶材后依然有合适的能量入射到第二件靶材上。此物理设计既能提高质子束流的利用率，合理利用不同靶材的激发曲线，从而增加核素生产的种类和产额，又不会导致靶件的相互污染，从而降低加速器运行辐照成本，提升生产效率。

技术特征：

1.一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求2所述一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特征在于：所述多个靶的能量段为同一个能量段时，当前级联靶只选择其中之一，具体如下：由于铷靶和镁靶的能量段为同一个能量段，所以，第一组级联靶为铷靶和镓靶组成的级联靶，第二组级联靶为镁靶和镓靶组成的级联靶。

3.根据权利要求1所述一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特征在于：所述级联靶的第一级靶材按照当前回旋加速器最高能量、以及它的核反应截面确定其能量段和厚度，具体如下：

4.根据权利要求1所述一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特征在于：所述级联靶的第一级靶材按照当前回旋加速器最高能量、以及它的核反应截面确定其能量段和厚度，具体如下：

5.根据权利要求1所述一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特征在于：所述级联靶的下一级靶材按照质子束流穿过上一个靶材后依然有合适的能量段入射到下一级靶材计算下一级靶材的能量段，并根据该能量段计算下一级靶材的厚度，具体如下：

6.根据权利要求1所述一种用于强流质子回旋加速器生产sr-82与ge-68级联靶的设计方法，其特征在于：，所述当遇到两个能量段存在交集时，将交集区域分为两段处理：对于峰值区域内的交集，采取包住当前峰值区域的原则确定当前靶材能量段，对于两个靶材各自峰值区域外的交集，选取反映截面高的曲线作为对应靶材的能量段的扩充，具体为：虽然sr-82的能量段有大约四分之三和ge-68存在交集，但综合考虑，首先要保住sr-82的峰值区域，因此，sr-82的能量段峰值区域40-75mev内的ge-68不予考虑；另一方面，虽然ge-68的峰值区域是13-30mev，但是由于30-40mev的区域内ge-68的反应截面相对高，所以30-40mev的能量段算在ge-68的能量段范围内，如此，ge-68的能量段区域就从13-30mev扩大为13-40mev。

技术总结
本发明公开了一种用于强流质子回旋加速器生产Sr‑82与Ge‑68级联靶的设计方法，包括以下步骤：确定要生产的核素为：Sr‑82、Ge‑68、Na‑22；将核素和靶材对应：铷靶：适合生产其中的Sr‑82；镓靶：适合生产Ge‑68；镁靶：适合生产Na‑22；确定当前回旋加速器的最高能量为75MeV；根据当前回旋加速器器最高能量，以及铷靶、镓靶、镁靶在不同能量下的核反应截面，确定它们各自的最佳能量段和靶材的厚度；组成一组级联靶和多组级联靶。本发明将传统的单一辐照靶设计为不同靶材的级联靶，使质子束流穿过第一件靶材后依然有合适的能量入射到第二件靶材上。既能提高质子束流的利用率，合理利用不同靶材的激发曲线，又不会导致靶件的相互污染，从而降低加速器运行辐照成本，提升生产效率。

技术研发人员：安世忠,赵云龙,王哲,王飞,官国英
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11