Producing the planar multiphoton sources by photonuclear technique: 1. A model of gamma-fluorescent source

The possibility is shown to produce the planar -sources with the two and more spectral bands in the photon energy range up to ~100 keV by activating K-lines of the characteristic -ray radiation in the thin layers of the elementary substances by an external single-photon -source. A one-dimensional model of a combined planar source in the form of a stack of foils from the inactive and active materials has been developed. The model enables the analysis and optimisation of a source against its intensity and spectral composition. A variant of a production target for manufacturing at an electron accelerator the planar -sources on the basis of the isotopes ⁵⁷Со and ¹⁷⁹Та is offered and investigated by computer simulation. It is shown, that from the viewpoint of yield of the isotopes, suitable for the use in absorptiometry, the photonuclear method is competitive as compared with the reactor and cyclotron technologies.Показана возможность получения планарных -источников с двумя и более спектральными полосами в диапазоне энергий фотонов до ~100 кэВ путѐм активации К-линий характеристического рентгеновского излучения в тонких слоях простых веществ внешним однофотонным -источником. Разработана одномерная модель комбинированного планарного источника в виде набора тонких слоѐв из неактивных и активных материалов. Модель обеспечивает возможность анализа и оптимизации источника в отношении интенсивности и спектрального состава излучения. Предложен и исследован методом компьютерного моделирования вариант технологической мишени для наработки на ускорителе электронов планарных -источников на основе изотопов ⁵⁷Со и ¹⁷⁹Та. Показано, что в отношении выхода изотопов, пригодных для использования в абсорбциометрии, фотоядерный метод является конкурентоспособным по сравнению с реакторными и циклотронными технологиями.Показана можливість одержання планарних -джерел з двома і більше спектральними смугами в діапазоні енергій фотонів до ~100 кеВ шляхом активації К-ліній характеристичного рентгенівського випромінювання в тонких шарах простих речовин зовнішнім однофотонним -джерелом. Розроблена одномірна модель комбінованого планарного джерела у вигляді набору тонких шарів неактивних та активних матеріалів. Модель забезпечує можливість аналізу та оптимізації джерела щодо інтенсивності та спектрального складу випромінювання. Запропоновано та досліджено методом комп'ютерного моделювання варіант технологічної мішені для напрацювання на прискорювачі електронів планарных -джерел на основі ізотопів ⁵⁷Со і ¹⁷⁹Та. Показано, що відносно виходу ізотопів, придатних для використання в абсорбціометрії, фотоядерний метод є конкурентоспроможним у порівнянні з реакторними і циклотронними технологіями

On critical parameters of photonuclear isotope production

Analytical model for description of isotope generation in a thick production target exposed to no uniform flux of high-energy bremsstrahlung radiation is developed. A set of principal process parameters determinative the yield of a product isotope and distribution of its specific activity has been established. It is shown, that as those parameters may be the yield of the product isotope in a thin foil overlapping the photon flux, normalized to the mass thickness of the foil (a coefficient of photonuclear conversion), and also the standard radial deviation of the flux density of the above-threshold photons at the target as well as the most probable angle of their escape from a bremsstrahlung converter. The methods for measuring those parameters are proposed. Testing of the model was conducted using the ¹⁰⁰Мо(y,n)⁹⁹Mo reaction by comparing the results obtained from the model consideration with the data of experimental study and computer simulation. The proposed approach enables the optimization of photonuclear technology as respects to target dimensions and activation regime.Запропоновано аналітичну модель для опису генерації ізотопів у товстій технологічній мішені під дією просторово-неоднорідного потоку високоенергетичного гальмівного випромінення. Встановлено набір основних параметрів процесу, що визначають вихід цільового ізотопу і розподіл його питомої активності в мішені. Показано, що такими параметрами можуть бути нормований на масову товщину вихід цільового ізотопу в тонкій протяжній мішені, яка перекриває потік гальмівних фотонів (коефіцієнт фотоядерної конверсії), а також стандартний радіальний відхил розподілу щільності потоку надпорогових гальмівних фотонів на мішені і найбільш вірогідний кут їх вильоту з конвертера. Описані методи вимірювання цих параметрів. На прикладі реакції ¹⁰⁰Мо(y,n)⁹⁹Mo проведено тестування аналітичної моделі шляхом експериментального дослідження і комп'ютерного моделювання. Запропонований підхід дозволяє проводити оптимізацію фотоядерної технології відносно розмірів мішені і режиму її активації.Предложена аналитическая модель для описания генерации изотопов в толстой технологической мишени под воздействием пространственно-неоднородного потока высокоэнергетичного тормозного излучения. Установлен набор основных параметров процесса, определяющих выход целевого изотопа и распределение его удельной активности в мишени. Показано, что такими параметрами могут являться нормированный на массовую толщину выход изотопа в тонкой мишени, перекрывающей поток тормозных фотонов (коэффициент фотоядерной конверсии), а также стандартное отклонение радиального распределения плотности потока надпороговых фотонов на мишени и наиболее вероятный угол их вылета из конвертера. Описаны методы измерения этих параметров. На примере реакции ¹⁰⁰Мо(y,n)⁹⁹Mo проведено тестирование модели путем сравнения полученных на ее основе данных с результатами экспериментального исследования и компьютерного моделирования. Предложенный подход позволяет производить оптимизацию фотоядерной технологии производства изотопов в отношении размеров мишени и режима ее активации

Analytical method for estimation isotope yield under photonuclear production

The heuristic model for description space-energy characteristics of the high-energy bremsstrahlung has been developed. On its basis the method for analytical estimation photonuclear yield of isotopes in wide range of atomic number (Z=20-80) and size of a target as well as of the electron energy (40…100 MeV) is proposed. The analysis of validity of the model assumptions has been executed by means of it comparison with the results of simulation using the program package PENELOPE/2006 [1] supplemented with database on the cross-sections of photonuclear reactions. It has been shown earlier that such simulation method provides close fit with the experimental results. As an example the reactions of practical interest 48Ti(γ,p)47Sc, 68Zn(γ,p)67Cu and 187Re(γ,n)186Re are presented.Разработана эвристическая модель для описания пространственно-энергетических характеристик высокоэнергетичного тормозного излучения. Предложен метод с ее использованием для аналитической оценки фотоядерного выхода изотопов в широком диапазоне значений атомного номера (Z=20-80) и размеров мишени, а также энергии электронов (40…100 МэВ). Проведен анализ обоснованности допущений модели путем ее сопоставления с результатами моделирования на основе программной системы PENELOPE/2006, дополненной базой данных по сечениям фотоядерных реакций. Ранее было показано, что такой метод моделирования дает хорошее согласие с результатами эксперимента. В качестве примера рассмотрены представляющие практический интерес реакции 48Ti(γ,p)47Sc, 68Zn(γ,p)67Cu и 187Re(γ,n)186Re.Розроблено евристичну модель для опису просторово-енергетичних характеристик високоенергетичного гальмівного випромінювання. Запропоновано метод з її використанням для аналітичної оцінки фотоядерного виходу ізотопів у широкому діапазоні значень атомного номера (Z=20-80) і розмірів мішені, а також енергії електронів (40…100 МеВ). Проведено аналіз обґрунтованості припущень моделі шляхом її порівнювання з результатами моделювання на основі програмної системи PENELOPE/2006, доповненої базою даних з перетинів фотоядерних реакцій. Раніше було показано, що такий метод моделювання дає добре погодження з результатами експерименту. Як приклад розглянуто реакції 48Tі(γ,p)47Sc, 68Zn(γ,p)67Cu і 187Re(γ,n)186Re, що мають практичний інтерес

A method for analysis and optimization of electron accelerator exit devices under bremsstrahlung generation mode

The method of the analysis of a mixed е,X-radiation field along a path of the output target devices of the electron accelerator is proposed. The concept of stopping length of a path and representation of a real path as multicomponent layered target with infinite cross-section size lays at the heart of a method. A set of basic characteristics of the е,X-radiation is formulated. It is shown, that the description of target devices in terms of stopping length allows to reduce the basic characteristics of radiation to unified form in the range of initial electron energy 5…60 МeV at a value of the nuclear number of target material 6…73. As a result, three stages of the е,X-radiation formation differing by a ratio of its component intensity are established. Procedure of optimisation of a path in order to receive the specified values of basic characteristics is described.Предложен метод анализа поля смешанного е,Х-излучения вдоль тракта выходных устройств ускорителя электронов. В основе метода лежит концепция тормозной длины тракта и представление реального тракта как слоистой многокомпонентной мишени с бесконечно большими поперечными размерами. Сформулирован набор базовых характеристик е,Х-излучения. Показано, что базовые характеристики излучения как функции тормозной длины можно привести к унифицированному виду в диапазоне энергии первичных электронов 5…60 МэВ при значении атомного номера материалов выходных устройств 6…73. В результате установлены три стадии формирования е,Х-излучения, отличающиеся соотношением интенсивности его компонент. Описана процедура оптимизации тракта для получения требуемых значений базовых характеристик.Запропоновано метод аналізу поля мішаного е,Х-випромінювання уздовж тракту вихідних пристроїв прискорювача електронів. У основі методу лежить концепція гальмівної довжини тракту і представлення реального тракту як багатокомпонентної шаруватої мішені з нескінченно великими поперечними розмірами. Сформульовано набір базових характеристик е,Х-випромінювання. Показано, що опис вихідних пристроїв у термінах гальмівної довжини дозволяє привести базові характеристики випромінювання до уніфікованого вигляду в діапазоні енергії первинних електронів 5...60 МеВ при значенні атомного номера матеріалів вихідних пристроїв 6…73. В результаті встановлено три стадії формування е,Х-випромінювання, що розрізняються співвідношенням інтенсивності його компонент. Описана процедура оптимізації тракту для здобуття необхідних значень базових характеристик

Estimation of gross-structure parameters of giant dipole resonance: 1. A method

Available data on photonuclear cross-sections, both measured experimentally and obtained on the basis of theoretical models, are characterized sometimes by a considerable spread. In work, a simple method for the estimation of width (FWHM) and maximum (σₘₐₓ) of excitation function of a reaction with dominant giant dipole resonance, is given. An analytical model is developed for the description of isotope production in an X-ray beam. It is shown, that the established yield of the reaction in a thin target, overlapping completely the beam with known end-point photon energy makes it possible to estimate the σₘₐₓ and FWHM values. The possibilities of new approach are demonstrated by a numerical experiment on the reference reactions.Наявні дані з фотоядерних перетинів, як такі, що одержані експериментально, так і на основі теоретичних моделей, інколи характеризуються значним розкидом. Описано простий метод оцінки ширини (FWHM) і максимуму (σₘₐₓ) функції збудження реакції з домінуванням гігантського дипольного резонансу. Розроблена аналітична модель для опису генерації ізотопів в пучку гальмівного випромінення. Показано, що за відомим виходом реакції у тонкій мішені, яка повністю перекриває пучок з наданою граничною енергією фотонів, можна встановити область значень σₘₐₓ та FWHM. Можливості нового підходу продемонстровані на референтних реакціях з використанням методу чисельного експерименту.Имеющиеся данные по фотоядерным сечениям, как полученные экспериментально, так и на основе теоретических моделей, иногда характеризуются значительным разбросом. Описан простой метод оценки ширины (FWHM) и максимума (σₘₐₓ) функции возбуждения реакции с доминированием гигантского дипольного резонанса. Разработана аналитическая модель для описания генерации изотопов в пучке тормозного излучения. Показано, что по известному выходу реакции в тонкой мишени, полностью перекрывающей пучок с заданной граничной энергией фотонов, можно установить область значений σₘₐₓ и FWHM. Возможности нового подхода продемонстрированы на референтных реакциях с использованием метода численного эксперимента

Formation of mixed X,n-radiation field at an electron accelerator

For conducting photonuclear programs with the use of a high-intensity photon source the latter is ordinary obtained by transformation of an electron beam into X-ray radiation. Such a process is performed using an intermediate target-converter maid from a high-Z material. The (γ,n) reactions take place in the converter under the action of high-energy bremsstrahlung photons. As a result, a quasi-isotropic neutron flux escapes the converter jointly with the photon beam directed forward. The parameters of the both types of radiation, as well as the ratio of their intensities play the important role depending on a program under way. In work, the spatial radiant characteristics of the mixed X,n-radiation generated with the electron beam in the converter located together with an isotopic target in the middle of a neutron moderator in the electron energy range 40…95 MeV and various size of the moderator are studied by computer simulations with the use of a GEANT4 transport code.Для виконання фотоядерних програм з використанням джерела фотонів великої інтенсивності останнє зазвичай одержують шляхом трансформації пучка електронів у гальмівне випромінення. Цей процес здійснюють за допомогою проміжної мішені-конвертера, який виготовляють з матеріалу з великим Z. Під дією високоенергетичних гальмівних фотонів у конвертері відбуваються (γ,n)-реакції. Як результат, з нього, крім спрямованого уперед потоку фотонів, виходить також квазіізоторопний потік нейтронів. Параметри обох видів випромінення, так само як і співвідношення їх інтенсивностей, грають важливу роль залежно від програми, що виконується. У роботі методом комп’ютерного моделювання з використанням транспортного коду GEANT4 досліджено просторово-енергетичні характеристики мішаного X,n-випромінення, яке генерується електронним пучком у конвертері з танталу, що розміщений разом з ізотопною мішенню у середині модератора нейтронів, при енергії електронів у діапазоні 40…95 МеВ і різному розмірі модератора

Development of new trends in applied nuclear physics with the use of high-energy braking radiation

A review is given about investigation in nuclear medicine, atomic energetics (Chernobyl problem including), geology etc. that carried out in the NSC KIPT mainly during last decade on the basis of home made electron linacs.Дано огляд досліджень в області ядерної медицини, атомної енергетики (включаючи проблему Чорнобиля), геології і т.д., що проводилися в ННЦ ХФТІ головним чином протягом останніх 10 років на основі лінійних прискорювачів електронів власного виробництва.Дан обзор исследований в области ядерной медицины, атомной энергетики (включая проблему Чернобыля), геологии и т.д., проводившихся в ННЦ ХФТИ главным образом в течение последних 10 лет на основе линейных ускорителей электронов собственного производства

The fundamentals of 99mTc production cycle at electron accelerator

The report presents the results of investigations into physical and technological fundamentals of 99Mo/99mTc production with the use of bremsstrahlung of the electron accelerator.Викладені результати розробки фізичних і технологічних основ виробництва 99Мо/99mТс із використанням гальмівного випромінювання прискорювача електронів.Изложены результаты разработки физических и технологических основ производства 99Мо/99mТс с ис- пользованием тормозного излучения ускорителя электронов

Research of transmutation of products of nuclear cycle at the electron accelerator

The analysis of the use of linear electron accelerators for transmutation of fission products and actinides from nuclear power plants is carried out. The results of irradiation of isotopes ⁹⁰Sr, ²⁴¹Am and ChNPP fuel containing materials with the neutron flow from the linac are described. The variant of the test stand for investigation of transmutation of fission products and actinides is proposed on the basis of the powerful linear electron accelerator.Проведено аналіз використання лінійних прискорювачів електронів для трансмутації продуктів ділення й актиноїдів атомних електростанцій. Описано результати опромінення потоком нейтронів на ЛПЕ ізотопів ⁹⁰Sr, ²⁴¹Am і паливовміщуючих мас ЧАЕС. Запропоновано варіант стенда для дослідження трансмутації продуктів ділення й актиноїдів на базі потужного лінійного прискорювача електронів.Проведен анализ использования линейных ускорителей электронов для трансмутации продуктов деления и актиноидов атомных электростанций. Описаны результаты облучения потоком нейтронов на ЛУЭ изотопов ⁹⁰Sr, ²⁴¹Am и топливосодержащих масс ЧАЭС. Предложен вариант стенда для исследования трансмутации продуктов деления и актиноидов на базе мощного линейного ускорителя электронов

On production efficiency of medical and biophysical isotopes using electron accelerator

The results obtained demonstrate that using the high-current electron accelerator it is possible to produce a number of isotopes for medicine and biophysics. The satisfactory agreement of experimental and computer simulation data demonstrates broad capabilities of the latter for optimization of the master schedules of isotope production on electron accelerators and solution accompanying heat-physics problems