بخشی از مقاله
چکیده:
هدف این پژوهش بررسی امکان تولید آهن-55 به روش قرصی و تولید به فرم چشمه خالص می باشد. برای نیل به این هدف از روش تولید رادیو نوکلید ها به روش قرصی و از قرص مسی به عنوان غلافی که ماده هدف - منگنز - داخل آن بصورت فشرده قرار میگیرد استفاده شد. محاسبات مربوط به انرژی پروتون مورد استفاده برای بمباران هدف با روشALICE/ASH انجام شد. نمونه ها برای تعیین مقدار آهن-55 تولیدی با روش اشعه ایکس نیز مورد ارزیابی قرار گرفتند. تولید آهن-55 به همراه ناخالصی عمده منگنز-54 تایید شد. درمرحله پایانی جداسازی آهن-55 از منگنز با تلفیق روش رسوبگیری و استخراج مایع-مایع صورت گرفت.
کلمات کلیدی: چشمه باز و بسته، رادیو ایزوتوپ آهن-55 ، ALICE/ASH
مقدمه :
در تولید رادیو ایزوتوپها یا مواد رادیو اکتیو مصنوعی با استفاده از شتابدهنده سیکلوترون، معمولا ازذرات باردار پروتون و دوترون برای پرتودهی استفاده میشود.[3-1 ] این ذرات در سیکلوترون شتاب داده شده و به انرژی مورد نظر میرسند. پس از تاباندن آنها به هدف و انجام واکنش هسته ای مورد نظر، رادیو ایزوتوپ دلخواه تولید میشود. به عنوان مثال میتوان موارد زیر را به عنوان محصولات سیکلوترون ذکر نمود:آهن-55 یکی از رادیو ایزوتوپهایی است که بطور طبیعی وجود ندارد و توسط بمباران هدف منگنزی با ذرات باردار پروتون، طی واکنش بالا در سیکلوترون تولیدمی شود.همچنین میتوان آنرا در راکتور با استفاده از بمباران ایزوتوپ آهن-54 یا آهن-56تولید کرد.
روش تولید با راکتور از دو جهت مقبولیت ندارد. اول اینکه جداسازی ایزوتوپی آهن-55 از آهن-54 یا آهن-56 مشکل - فیزیکی - و نشدنی - شیمیایی - است. دوم قیمت بالای ایزوتوپ غنی شده آهن-54 و آهن-56 به عنوان پیش ماده برای تهیه این ایزوتوپ است. بنابراین تهیه این رادیو نوکلید با استفاده از سیکلوترون بهترین گزینه و دراولویت است. زیرا اولا منگنز به صورت خالص و طبیعی دارای یک ایزوتوپ منگنز-55 است. ثانیا جداسازی محصول آهن از منگنز به راحتی و با روشهای موجود امکان پذیر میباشد. بنابراین با توجه به امکانات موجود و امکان بمباران پروتونی توسط سیکلوترون، روش دوم در این پروژه انتخاب و مورد بهره برداری قرار گرفت.
روش کار :
ابتدا انرژی لازم برای بمباران هدف منگنزی با استفاده از محاسبات هسته ای و کد های محاسباتی انجام گردید و انرژی بهینه بمباران پروتونی به روش قرصی منگنز برای نگهدارنده قرص مسی بدست آمد. سپس ساخت قرص هدف انجام شد. برای بدست آوردن و مقایسه نتایج تولید با محاسبات تئوری، بمباران درچند انرژی انجام گردید و انرژی بهینه تجربی بمباران نیز بدست آمد. بعد از بمباران اولیه و تایید تولید آهن-55، هدف اصلی با همان شرایط بهینه تهیه و بمدت زمان طولانی تری بمباران آن انجام شد. از آنجاییکه اندازه گیری آهن-55 با استفاده از طیف سنجی گاما امکان پذیر نمی باشد.
پس از انجام جداسازی برای اندازه گیری با استفاده از اشعه ایکس با انرژی پایین به بخش واندوگراف ارسال گردید. نتایج حاصله بیانگر تولید و خالص سازی آهن-55 بود. از آنجاییکه مقادیری ناخالصی منگنز-54 نیز تولید میشود از حذف پیک منگنز-54 و ردیابی آن با طیف سنجی گاما میتوان به جداسازی کامل منگنز از آهن پی برد. برای تولید آهن - 55 از واکنش 54Mn - p,n - 55Fe استفاده شد. هدف پودر منگنز است که بصورت قرص داخل نگهدارنده مسی پرس شده است. انرژی بهینه بمباران طبق محاسبات شبیه سازی شده با استفاده از کدهای محاسباتی در محدودهMeV 11~10 پروتون ورودی میباشد. این محاسبات بصورت نمودار در شکل 1 آمده است.
برای اینکه پروتون با انرژی محاسبه شده به قرص منگنز برسد بایستی از لایه های پنجره آلومینیم به ضخامت ./6 میلیمتر، آب خنک کننده 2/7 میلیمترو درپوش مسی باضخامت 0/3 میلیمتر عبور نماید. این لایه ها باعث افت انرژی میشود که بایستی در انرژی اولیه پروتون لحاظ شود. مجموع افت انرژی برای این 3 لایه در حدود 16.0 MeV میباشد که با استفاده از نرم افزار SRIM محاسبه شد. شکل 2 شاتل نگهدارنده هدف قرصی برای بمباران در سیکلوترون و اجزائ مربوطه را نشان میدهد.پس ازانجام بمباران و تایید اکتیو شدن و تولید محصول آهن-55 به همراه ناخالصی های ناخواسته ، غلاف قرص با دستگاه مخصوص بریده شد. محتویات آن به ظرف مخصوص و سپس ویال منتقل شد. نمونه قرص پرتو دیده به همراه قرص باز شده در ظرف مخصوص در شکل3 نشان داده شده است.
پس از انتقال محتویات داخل ویال و انتظار چند روزه 3 - روز - برای تلاشی و کم شدن اکتیویته عناصر مزاحم تولید شده با نیمه عمر کوتاه، اندازه گیری با استفاده از طیف سنجی گاما و دتکتور ژرمانیم فوق خالص انجام گرفت. نمونه ها برای تعیین و تایید تولید آهن-55 به آزمایشگاه طیف سنجی اشعه ایکس واقع در واندوگراف ارسال شدند. آزمایشگاه مذکور تولید آهن-55 را با این روش تایید کرد. برای انجام جداسازی آهن-55 ازنمونه منگنز طبیعی هدف و منگنز- 54 رادیواکتیو، از تکنیک رسوبگیری به همراه استخراج مایع- مایع بصورت متوالی استفاده شد. در این روش پس از افزودن 2/0 میلی لیتر اسید نیتریک
