Главная Обратная связь

Дисциплины:






Создание циклотрона



Встал вопрос о получении больших количеств изотопа урана «235». Химическими способами разделить изотопы урана в принципе нельзя. Необходимы физические способы разделения. Изотопы отличаются только массой, но не зарядом. Для лёгких элементов разница масс изотопов заметна. А для изотопов урана массы изотопов не сильно отличались друг от друга, поэтому разделение изотопов представляло собой определённые техниче-ские трудности. Примером может служить водород: изотоп водо-рода содержит в ядре только один протон; изотоп водорода - дейтерий – содержит в ядре один протон и один нейтрон, т.е. масса ядра вдвое больше; изотоп водорода - тритий – со-держит в ядре один протон и два нейтрона, т.е. его масса уже в три раза больше. Но у тяжёлых элементов разница масс, обуслов-ленная несколькими нейтронами, в процентном отношении очень мала. Таким образом, если разделение лёгких элементов в масс-спектрографе ещё возможно, то для тяжёлых элементов оно ста-новится невозможным. Но даже для лёгких элементов разделение с помощью масс-спектрографа не эффективно, поскольку за су-тки можно набрать только доли грамма элемента, а требовались килограммы. Эффективным оказался метод разделения изотопов в циклотроне, изобретённом Э. Лоуренсом в США в 1931 г. Идея линейного ускорителя с бегущей волной впервые была высказана еще в 1924 г. шведским конструктором Г. Изингом. В методику разделения внёс большой вклад Р. Оппенгеймер, который пред-ложил ряд технических решений, позволивших усовершенство-вать метод и сэкономить большие средства. Для целей разделения изотопов был сконструирован калютрон (циклотрон Калифор-нийского университета).

Работу по сооружению циклотрона в Великобритании возглавлял Чедвик. Он учился под руководством Э. Резерфорда в Манчестерском университете, в 1913 г. получил специальную стипендию и был направлен в Физико-технический государственный институт в Шарлоттенбурге под Берлином в группу Г. Гейгера. После начала Первой мировой войны попал в лагерь для гражданских пленных в Рюхлебене, где ему и небольшой группе учёных позволили организовать лабораторию и проводить некоторые работы. После окончания войны Дж. Чедвик начал работать в Кавендишской лаборатории у Резерфорда, где в 1932 г. экспериментально открыл нейтрон. В 1935 г. Дж. Чедвик перешёл из Кембриджа в Ливерпуль, где осуществлял научное руководство проектом строительства британского циклотрона.

Первый советский циклотрон был построен в Радиевом институте (РИАН) в 1937 г.

На фоне современных гигантских ускорителей частиц циклотроны выглядят миниатюрными компактными лабораториями. Однако их значение велико, поскольку только с их помощью могут быть получены так называемые нейтронно-дефицитные изотопы. Препараты с циклотронными изотопами отличаются высокой удельной активностью и химической чистотой, они активно используются также и в медико-биологических исследованиях.



Первый отечественный циклотрон был построен после войны. Основой для создания серии классических циклотронов послужило создание в 1951 г. циклотрона Р-7. Циклотроны этого типа были построены и введены в эксплуатацию в 1957 г. в МГУ и в 1959 г. в Томском политехническом институте. Они позволяли получить ускоренные протоны с энергией 20 МэВ.

В дальнейшем в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова были разработаны проекты циклотронов серии "У" с диаметром полюсов магнитов 120, 150, 240 и 310 см. Первая серия циклотронов У-120 предназначалась для поставки на экспорт. Первый циклотрон У-120 полностью смонтирован в производственных цехах Ижорского завода в Ленинграде в 1956 г. и предназначался для Китая.

Сегодня циклотроны НИИЭФА успешно эксплуатируются во многих городах страны и мира. Циклотрон типа У-240 смонтирован в Киевском институте ядерных исследований, а циклотрон с диаметром полюсов 310 см, предназначенный для работ по синтезу трансурановых элементов, установлен в Дубне в Объединенном институте ядерных исследований. Энергия ускоренных на нем ионов аргона достигает 300 МэВ. Максимальная энергия, достижимая в современном изохронном циклотроне, составляет по протонам 1 ГэВ.

В 1969-1970 гг. в СССР был разработан малогабаритный изохронный циклотрон МГЦ-20, который предназначался в основном для исследований в области ядерной физики, активационного анализа и производства радионуклидов. Всего было построено семь таких циклотронов, из них три поставлены за рубеж. Наряду с работами по синтезу трансурановых элементов (элементов с зарядовыми числами, большими, чем у урана и расположенными в периодической системе за ураном) велись работы по производству радионуклидов для медицинских целей. В настоящее время для производства радионуклидов медицинского применения в НИИЭФА разработаны и изготавливаются изохронные циклотроны типа РИЦ-10, РИЦ-14 и РИЦ-15.

Ускорители электронов широко используются для медицинских целей. Первые советские линейные ускорители электронов (ЛУЭ) были разработаны в НИИЭФА в конце 1950-х гг. и предназначались для физических исследований. Установки на 400 МэВ и 2 ГэВ были смонтированы на Украине в Харьковском физико-техническом институте. Почти одновременно с этими ускорителями в институте началась разработка линейных ускорителей для лучевой терапии на энергию 5 и 25 МэВ. Линейные ускорители сравнительно просты в эксплуатации. В них ничтожно малые потери энергии электронов на излучение. В 1980 г. НИИ-ЭФА начал поставлять в клиники ускорители второго поколения с максимальной энергией электронов 18,5 МэВ, которые предназначались как для электронной, так и для фотонной терапии. В 1990 г. специалистами института создан опытный образец компьютерного ускорителя третьего поколения ЛУЭР-20МТ для лучевой терапии, а в 1991 г. начаты работы по созданию рентгеновского компьютерного томографа-симулятора для предлучевой подготовки больных.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...