放射性核束的产生及相关物理与技术问题研究

【摘要】：近年来，国际上许多大型实验室相继建立了放射性核束装置。利用放射性核束可以开展新核素的合成研究，为奇异核的研究开辟广阔的空间；开展远离稳定线的核结构研究，将使核结构研究的领域从核素图的稳定线附近向远离稳定线的方向大大扩展，必将为核结构的实验和理论研究提供大量新的信息，揭示出许多新的物理现象，大大深化人类对核物质世界这个复杂的微观量子有限多体体系的认识；用于天体物理研究，将为宇宙的演化和形成提供关键的数据。由于可以将纯净放射性核束注入到样品中去，使得其在固态物理特别是涉及到半导体中的杂质和缺陷问题的应用成为可能。在生物医学研究中，利用放射性核束可以开展诊断与治疗的研究。 为满足各个领域的大量需求，原子能科学研究院也在准备建造放射性核束装置，它包括新建的100MeV，200uA回旋加速器，新建的在线同位素分离器。其中在线同位素分离器(ISOL)技术和装置在国内一直是空白，发展ISOL技术本身在国内的发展也具有十分重要的意义，对建设我国的在线同位素分离器设备有重要的意义。本文将围绕放射性核束的产生及与放射性核束产生的相关技术，开展研究。 在第一章中，将介绍放射性核束装置的发展历史，目前国外各大实验室有关放射性核束装置的现状，以及中国原子能科学研究院将要建设的放射性核束装置的情况。 在第二章中，介绍基于串列加速器的放射性核束装置的研制情况及离线实验情况。重点介绍靶源系统的研制。研制的靶源系统将靶和离子源有机的结合为一体，可在高于1500℃以上的温度下工作，具有较高的电离效率，能够在放射性环境中工作的特点，还具有快速拆卸便于维修的特点。同时介绍了装置的离线实验情况，测量了系统的电离与传输效率，为在线测量做好准备。 在第三章中介绍了靶材料的研制方法，研制在线实验的靶材料情况。不同的核探针要求不同的靶材料，靶材料不但要能够与质子等离子发生核反应产生需要的放射性 中国原子能科学研究院博士论文 核素，而且在高温下要具有低蒸汽压及好的化学特性，具有合适的物理形态，满足放 射性核素快速释放的要求，使得放射性核束不仅能有效的产生，而且能较快的从其中 扩散出来。靶材料的研究制备以及放射性核素的释放都是需要解决的关键技术问题。 在第四章中介绍低能弱束流放射性核束测量系统的研制及其在线实验结果。低能 放射性核束由于流强低，能量低以及放射性的特点，使得传统的束流测量方法无法使 用，必须研究新的测量技术。 第五章介绍了在线产生放射性核束的情况。重点针对在线产生放射性核束时需要 解决的系统调试及监测等问题。产生了能量为25keV，流强大于10肠PPS的62Zn放射性 核束，并成功的用于纳米材料实验研究。 总之，本工作成功研制了放射性核束产生及应用研究的装置。研制了靶源系统， 研制了放射性弱束流测量系统，同时为确定合适的靶材料，我们建立了放射性核素从 靶材料中释放效率的测量研究装置，确定了一套有效的放射性核束靶材料选择方法， 研制了独特的放射性核束产生的靶材料。国内首次产生了能量为25keV，流强大于 l护pps的6，Zn放射性核束，并成功的用于纳米材料实验研究。 关键词:放射性核束;靶离子源;靶材料;“ZZn:弱束流测量 赞