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一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法

申请号 CN202311676404.8 申请日 2023-12-07 公开(公告)号 CN117672586A 公开(公告)日 2024-03-08
申请人 中国原子能科学研究院; 发明人 赵云龙; 安世忠; 王飞; 王哲; 官国英;
摘要 本 发明 公开了一种用于回旋 加速 器的同位素生产级联靶的物理设计方法,包括以下步骤:确定核素:根据所需生产的 放射性 同位素的性质和产量选择合适的核素;将核素和靶材对应:确定适合生产每一种核素的靶材,并进行一一对应,包括一种核素对应一个靶材,或者多种核素对应一个靶材;确定当前回旋加速器的最高 能量 ;确定已经完成核素和靶材对应的各个靶的能量段;组成当前回旋加速器的单个级联靶或多个级联靶:所述单个级联靶,就是每个能量段只有一种靶材、至少有二个能量段;所述多个级联靶,就是每个能量段至少有二种以上的靶材、至少有二个能量段;本发明将传统的单一辐照靶设计为不同靶材的级联靶,提高了质子束流的利用率。
权利要求

1.一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、确定要生产的核素:根据所需生产的放射性同位素的性质和产量选择合适的核素;所述合适的核素要有合适的激发曲线在加速器的能量覆盖范围内,以便充分利用加速器的能量区间;
步骤二、将核素和靶材对应:确定适合生产每一种核素的靶材,并进行一一对应,包括一种核素对应一个靶材,或者多种核素对应一个靶材;
步骤三、确定当前回旋加速器的最高能量;
步骤四、根据根据当前回旋加速器器最高能量,以及各个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;
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;选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段;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;
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。
2.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特征在于:所述多组级联靶的组合总数为:如果级联靶为k级的级联靶,并且每级里有n1,n2,…,nk个相同能量段的靶可选择,那么级联靶的组合总数为n:总数n=n1×n2×…×nk,其中,n1,n2,…,nk分别是每级里相同能量段的靶的个数。
3.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,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,具体为:当第一级靶材的能量‑核反应截面总体趋势为正相关时,要同时兼顾适用性和经济性的需求,在二者之间找到一个平衡点,第一级靶材的能量段选择以反应截面足够用于当前核素生产为原则,能量段末端为质子束流穿过靶件入射窗口和冷却后的入射到下一级靶材时的最高能量。
4.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特征在于:所述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,具体过程如下:
1)确定各个靶的能量段范围并进行能量范围由大到小的排序;
2)根据最高能量确定级联靶第1级靶的能量段并得到剩余能量段;
3)根据剩余能量段确定级联靶第2级以后的级数、以及各级能量范围;
4)根据各级能量范围,经过理论和模拟计算,确定各级靶的厚度。
5.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特征在于:所述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,具体为:假设A、B、C三个靶,其中,A靶、B靶的能量段高于C靶的能量段,并且A靶、B靶的能量段相同或者能量段两端的值相近,则A靶和C靶组成一组级联靶,B靶和C靶组成另一组级联靶。
6.根据权利要求1所述一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特征在于:所述选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段,具体为:当靶材的能量‑核反应截面为峰值曲线、并且副反应能量段与峰值区域能量段有少部分重叠时,能量段选取时应去掉这部分,能量段取主反应与副反应能量段的补集。

说明书全文

一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于回旋加速器放射性同位素生产技术领域,具体提供一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法。

背景技术

[0002] 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,而加速器的能量范围远远大于单一靶材的能量范围,如果每个加速器的能量一次只能给一种靶材使用,则加速器的能量范围只有一少部分能够被利用。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。

发明内容

[0003] 本发明为解决现有技术存在的问题,提出一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,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。
[0004] 本发明为解决其技术问题采用以下技术方案:
[0005] 一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特点是:包括以下步骤:
[0006] 步骤一、确定要生产的核素:根据所需生产的放射性同位素的性质和产量选择合适的核素;所述合适的核素要有合适的激发曲线在加速器的能量覆盖范围内,以便充分利用加速器的能量区间;
[0007] 步骤二、将核素和靶材对应:确定适合生产每一种核素的靶材,并进行一一对应,包括一种核素对应一个靶材,或者多种核素对应一个靶材;
[0008] 步骤三、确定当前回旋加速器的最高能量;
[0009] 步骤四、根据根据当前回旋加速器器最高能量,以及各个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;
[0010] 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;选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段;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;
[0011] 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。
[0012] 进一步地,所述多组级联靶的组合总数为:如果级联靶为k级的级联靶,并且每级里有n1,n2,…,nk个相同能量段的靶可选择,那么级联靶的组合总数为n:总数n=n1×n2×…×nk,其中,n1,n2,…,nk分别是每级里相同能量段的靶的个数。
[0013] 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,具体为:当第一级靶材的能量‑核反应截面总体趋势为正相关时,要同时兼顾适用性和经济性的需求,在二者之间找到一个平衡点,第一级靶材的能量段选择以反应截面足够用于当前核素生产为原则,能量段末端为质子束流穿过靶件入射窗口和冷却后的入射到下一级靶材时的最高能量。
[0014] 进一步地,所述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,具体过程如下:
[0015] 1)确定各个靶的能量段范围并进行能量范围由大到小的排序;
[0016] 2)根据最高能量确定级联靶第1级靶的能量段并得到剩余能量段;
[0017] 3)根据剩余能量段确定级联靶第2级以后的级数、以及各级能量范围;
[0018] 4)根据各级能量范围,经过理论和模拟计算,确定各级靶的厚度。
[0019] 进一步地,所述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,具体为:假设A、B、C三个靶,其中,A靶、B靶的能量段高于C靶的能量段,并且A靶、B靶的能量段相同或者能量段两端的值相近,则A靶和C靶组成一组级联靶,B靶和C靶组成另一组级联靶。
[0020] 进一步地,所述选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段,具体为:当靶材的能量‑核反应截面为峰值曲线、并且副反应能量段与峰值区域能量段有少部分重叠时,能量段选取时应去掉这部分,能量段取主反应与副反应能量段的补集。
[0021] 本发明的优点效果
[0022] 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下一级靶材上。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。
附图说明
[0023] 图1为本发明同位素生产级联靶的物理设计方法流程图
[0024] 图2为本发明同位素生产级联靶的物理设计方法原理图;
[0025] 图3为本发明实施例的Th‑232(p,x)Ac‑225核反应截面;
[0026] 图4为本发明实施例的Ga‑nat(p,xn)Ge‑68核反应截面;
[0027] 图5为本发明实施例的Y‑89(p,n)Zr‑89核反应截面;
[0028] 图6为本发明实施例的Rh‑103(p,n)Pd‑103核反应截面。
[0029] 图7为本发明实施例的生产Sr‑82和Ge‑68合适的能量区间。
[0030] 图中:1:级联靶外壳;2:级联靶冷却水;3:级联靶的第一级靶材;4:级联靶的第二级靶材;5:级联靶的第三级靶材。

具体实施方式

[0031] 本发明设计原理:
[0032] 本发明设计原理
[0033] 1、本发明创新点:创新点在于把本领域技术人员不曾关注到的质子射入第一级靶材后的剩余能量段充分利用起来,充分利用的结果使得第一级靶材有合适的产率外,还可以同时生产其他靶材可生产的核素,增加了总体的核素产率:不仅将一个靶片变为多个靶片,而且多个靶片还有多种组合方式,有多种组合方式的原因是:某个能量段相近或者完全相同的靶材不是一个而是多个,则级联靶的组合总数为n:总数n=n1×n2×…×nk,其中,n1,n2,…,nk分别是每级里相同能量段的靶的个数。
[0034] 2、本发明设计难点和解决方案。难点在于级联靶能量段划分要兼顾多方面复杂因素找到一个平衡点。所述多方面复杂因素是:①每个靶材的能量‑核反应截面曲线是不同的,有的能量‑核反应截面是正相关曲线;②有的能量‑核反应截面是峰值曲线;③有的峰值曲线的峰值区域内反应截面高的能量段同时也包含副反应的能量段,④有的核素对应的靶材和另一个核素对应的靶材是同一个能量段或者二个能量段的两端值近似相等,也无法组成能量由高到低排序的级联靶;⑤有的核素和另一个核素的能量段存在交集,并且该交集占有其中一个核素的峰值区域内占据大部分区域。如图7所示,在35‑55MeV的能量段内存在Sr‑82、Ge‑68的交集,这段交集大约是Sr‑82整个峰值区域的四分之三的面积。
[0035] 第一,当遇到能量‑核反应截面曲线是线性曲线时,划分靶的能量段时遇到适用性和经济性的矛盾:按照常规理念,质子射入靶的能量越高,反应截面就越大,适用性也越好,如图3所示,从经济性和适用性上考虑,目前用于医用放射性同位素生产的加速器的能量一般都是十几或者几十MeV。40‑75MeV段中Th‑232(p,x)Ac‑225的反应截面虽然有一个小峰,该小峰在整体中不算高,但是这个能量段下的反应截面已经足够用于Ac‑225的生产。本发明解决方案就是在适用性和经济性上找到一个平衡点,小于40MeV的能量段适用性不能满足要求,大于75MeV的能量段不能满足经济性要求,因此找到中间段40‑75MeV,用这个中间段作为平衡点。
[0036] 第二,当遇到峰值曲线的峰值区域内的反应截面过高时,在划分靶的能量段时遇到适用性和产率的矛盾。按照常规理念,靶的能量段应该将峰值区域全部包住,如图5所示,如果将峰值区域全部包住,能量段应该选择9‑15MeV能量区间,但是束流能量高于13.5MeV会发生副反应,会引入杂质核素,影响后续的分离纯化。此时,产率和适用性发生了矛盾。本发明的解决方案就是在适用性和产率上找到一个平衡点,高于13.5MeV的能量区间会发生副反应、降低适用性,小于9MeV的能量区间,产率太低,因此找到9‑13.5MeV的中间段,用这个中间段作为平衡点。
[0037] 第三,当遇到有的核素对应的靶材和另一个核素对应的靶材是同一个能量段、或者能量段两端近似相等时,本发明实施例只选择其中之一构成当前级联靶,剩余的组成另外一个级联靶,如此,从一组级联靶组成多组级联靶。本实施例中,由于铱靶、铑靶的能量段两端的值相近,所以,组成当前级联靶时指选择其中之一:第一组级联靶为钍靶、镓靶、铱靶组成的级联靶,第二组级联靶为钍靶、镓靶、铑靶组成的级联靶。所述铱靶、铑靶的能量段两端的值相近,是指铱靶适合生产的能量段为9‑13.5MeV,铑靶适合生产的能量段为8‑14MeV。
[0038] 第四、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,采取包住当前能量段波峰区域为原则:如图7所示,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,按照包住当前能量段波峰区域的原则,虽然Ge‑68的峰值区域是13‑30MeV,但是由于Sr‑82的能量段峰值区域是40‑75MeV,为了提高产率,将它们的交集区域30‑40MeV也算在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。
[0039] 基于以上原理,本发明设计了一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,其特点是:包括以下步骤:
[0040] 步骤一、确定要生产的核素:根据所需生产的放射性同位素的性质和产量选择合适的核素;所述合适的核素要有合适的激发曲线在加速器的能量覆盖范围内,以便充分利用加速器的能量区间;
[0041] 步骤二、将核素和靶材对应:确定适合生产每一种核素的靶材,并进行一一对应,包括一种核素对应一个靶材,或者多种核素对应一个靶材;
[0042] 步骤三、确定当前回旋加速器的最高能量;
[0043] 步骤四、根据根据当前回旋加速器器最高能量,以及各个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;
[0044] 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;选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段;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;
[0045] 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。
[0046] 进一步地,所述多组级联靶的组合总数为:如果级联靶为k级的级联靶,并且每级里有n1,n2,…,nk个相同能量段的靶可选择,那么级联靶的组合总数为n:总数n=n1×n2×…×nk,其中,n1,n2,…,nk分别是每级里相同能量段的靶的个数。
[0047] 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,具体为:当第一级靶材的能量‑核反应截面总体趋势为正相关时,要同时兼顾适用性和经济性的需求,在二者之间找到一个平衡点,第一级靶材的能量段选择以反应截面足够用于当前核素生产为原则,能量段末端为质子束流穿过靶件入射窗口和冷却水后的入射到下一级靶材时的最高能量。
[0048] 进一步地,所述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,具体过程如下:
[0049] 1)确定各个靶的能量段范围并进行能量范围由大到小的排序;
[0050] 2)根据最高能量确定级联靶第1级靶的能量段并得到剩余能量段;
[0051] 3)根据剩余能量段确定级联靶第2级以后的级数、以及各级能量范围;
[0052] 4)根据各级能量范围,经过理论和模拟计算,确定各级靶的厚度。
[0053] 进一步地,所述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,具体为:假设A、B、C三个靶,其中,A靶、B靶的能量段高于C靶的能量段,并且A靶、B靶的能量段相同或者能量段两端的值相近,则A靶和C靶组成一组级联靶,B靶和C靶组成另一组级联靶。
[0054] 进一步地,所述选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段,具体为:当靶材的能量‑核反应截面为峰值曲线、并且副反应能量段与峰值区域能量段有少部分重叠时,能量段选取时应去掉这部分,能量段取主反应与副反应能量段的补集。
[0055] 实施例一、
[0056] 基于以上一种用于回旋加速器的同位素生产级联靶的物理设计方法,本发明设计了一种用于生产Ac‑225、Ge‑68和Pd‑103的同位素级联靶设计方法,其特点是:包括以下步骤:
[0057] 步骤一、确定要生产的核素为:Ac‑225、Ra‑223、Th‑227、Th‑228、Mo‑99、Ge‑68、Pd‑103、Zr‑89;
[0058] 步骤二、将核素和靶材对应:钍靶:适合生产其中的Ac‑225、Ra‑223、Th‑227、Th‑228、Mo‑99;镓靶:适合生产Ge‑68;铱靶:适合生产Zr‑89;铑靶:适合生产Pd‑103;
[0059] 步骤三、确定当前回旋加速器的最高能量为75MeV;
[0060] 步骤四、根据根据当前回旋加速器器最高能量,以及钍靶、镓靶、铱靶、铑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;
[0061] 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;选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段;
[0062] 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。
[0063] 进一步地,所述当多个靶的能量段的两端的值相近时,当前级联靶只选择其中之一,具体为:由于铱靶、铑靶的能量段两端的值相近,所以,第一组级联靶为钍靶、镓靶、铱靶组成的级联靶,第二组级联靶为钍靶、镓靶、铑靶组成的级联靶。
[0064] 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:
[0065] 第一组级联靶、第二组级联靶共同的第一级靶钍靶的厚度计算如下:
[0066] 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;
[0067] 2)入射到钍靶上生产的核素为:Ac‑225、Ra‑223、Th‑227、Th‑228、Mo‑99的核素;
[0068] 3)由钍靶与质子的反应截面获得:75MeV强流质子回旋加速器可用于Ac‑225生产的适合的能量段为40‑75MeV;
[0069] 4)经过蒙卡软件计算,钍靶的厚度约为4.8mm时,能够使质子能量从70MeV降低到40MeV。
[0070] 补充说明1:
[0071] 关于上述钍靶能量段选择的说明:从图3中可以看出,①理论上能量越高,越适合Ac‑225的生产。图3中的横坐标是回旋加速器的质子能量,单位是MeV,纵坐标是反应截面的‑24 2 ‑27 2单位,单位为mb(1b=10 cm ,1mb=10 cm)。从图3中可以看出,Th‑232(p,x)Ac‑225的反应截面整体的变化趋势是随着质子能量的增加,反应截面不断增加,也就是说,随着质子能量的增加,产生锕‑225(Ac‑225)原子核的概率也在增加,Ac‑225的产率也会增加。因此理论上能量越高,越适合Ac‑225的生产。②从加速器最高能量75MeV和经济性和适用性上考虑,选择40‑75MeV能量段。从经济性和适用性上考虑,目前用于医用放射性同位素生产的加速器的能量一般都是十几或者几十MeV。40‑75MeV段中Th‑232(p,x)Ac‑225的反应截面虽然有一个小峰,但在整体中不算高,但是这个能量段下的反应截面已经足够用于Ac‑225的生产。
而质子能量低于40MeV后,Th‑232(p,x)Ac‑225的反应截面已经非常小,在这个能量下,Ac‑
225的产率非常低,不适合用于Ac‑225的生产。
[0072] 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:
[0073] 第一组级联靶、第二组级联靶,它们共同的第二级镓靶的厚度计算如下:
[0074] 1)质子束流穿过第一级钍靶后依然有40MeV以下能量段入射到镓靶上;
[0075] 2)穿透钍靶件后,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;
[0076] 3)入射到镓靶上生产的核素为:Ge‑68;
[0077] 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;
[0078] 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。
[0079] 补充说明2:
[0080] 关于上述镓靶能量段选择的说明:图4中的横坐标是回旋加速器的质子能量,单位是MeV,纵坐标是反应截面的单位,单位为mb(1b=10‑24cm2,1mb=10‑27cm2)。从图4中可以看出,Ga‑nat(p,xn)Ge‑68的反应截面最高的峰是在13‑40MeV能量区间内,而峰两侧的反应截面较低。因此想生产Ge‑68,最适合的能量区间就是13‑40MeV。而13‑40MeV两侧Ga‑nat(p,xn)Ge‑68的反应截面较小,生产效益相对较低。
[0081] 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:
[0082] 第一组级联靶第三级铱靶的厚度计算如下:
[0083] 1)质子束流穿过第二级镓靶后依然有16MeV以下能量段入射到铱靶上;
[0084] 2)穿透镓靶件后,质子经过冷却水层后能量降低一部分,该降低的能量约2‑4MeV;
[0085] 3)入射到铱靶上生产的核素为:Zr‑89;
[0086] 4)由铱靶与质子的反应截面获得,可用于Zr‑89生产的适合的能量段为9‑13.5MeV;
[0087] 5)经过蒙卡软件计算,铱靶的厚度约为0.44mm时,能够使质子能量从13.5MeV降低到9MeV。
[0088] 补充说明3:
[0089] 关于上述铱靶能量段选择的说明:图5中的横坐标是回旋加速器的质子能量,单位是MeV,纵坐标是反应截面的单位,单位为mb(1b=10‑24cm2,1mb=10‑27cm2)。从图5中可以看出,Y‑89(p,n)Zr‑89的反应截面最高的峰是在9‑15MeV能量区间内,而峰两侧的反应截面较低。但是根据以往Zr‑89的生产经验,束流能量高于13.5MeV会发生Y‑89(p,2n)Zr‑88,Y‑89(p,np)Y‑88等副反应,会引入杂质核素,影响后续的分离纯化。因此想生产Zr‑89,最适合的能量区间就是9‑13.5MeV。低于9MeV,Y‑89(p,n)Zr‑89的反应截面较小,生产效益低,而高于13.5MeV会引入杂质核素,也不适合用于Zr‑89的生产。
[0090] 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:
[0091] 第二组级联靶第三级铑靶的厚度计算如下:
[0092] 1)质子束流穿过第二级镓靶后依然有16MeV以下能量段入射到铱靶上;
[0093] 2)穿透镓靶件后,质子经过冷却水层后能量降低一部分,该降低的能量约2‑4MeV;
[0094] 3)入射到铑靶上生产的核素为:Pd‑103;
[0095] 4)由铑靶与质子的反应截面获得,可用于Pd‑103生产的适合的能量段为8‑14MeV;
[0096] 5)经过蒙卡软件计算,铑靶的厚度约为0.22mm时,能够使质子能量从14MeV降低到8MeV。
[0097] 补充说明4:
[0098] 关于上述铑靶能量段选择的说明:图6中的横坐标是回旋加速器的质子能量,单位是MeV,纵坐标是反应截面的单位,单位为mb(1b=10‑24cm2,1mb=10‑27cm2)。从图6中可以看出,Rh‑103(p,n)Pd‑103的反应截面最高的峰是在8‑14MeV能量区间内,而峰两侧的反应截面较低。因此想生产Pd‑103,最适合的能量区间就是8‑14MeV。而8‑14MeV两侧Rh‑103(p,n)Pd‑103的反应截面较小,生产效益低,从经济性的度,不适合用于Pd‑103的生产。
[0099] 进一步地,所述选择的能量段既要将峰值区域包住以满足提高产率的需求,又要满足适用性的需求避开产生杂质核素的副反应能量段,具体为:由于束流能量高于13.5MeV时,铱靶中会发生Y‑89(p,2n)Zr‑88,Y‑89(p,np)Y‑88的副反应而引入杂质核素、影响后续的分离纯化,所以生产Zr‑89,最适合的能量区间为9‑13.5MeV:低于9MeV,Y‑89(p,n)Zr‑89的反应截面较小,生产效益低,而高于13.5MeV会引入杂质核素,也不适合用于Zr‑89的生产。
[0100] 以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
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