Изучение нейтроногенерирующей мишени ускорительного источника эпитепловых нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей. Этап 1 (промежуточный)

Объектом исследования является нейтроногенерирующая мишень ускорительного источника эпитепловых нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей.Целью работы является усовершенствование технологии напыления тонкого литиевого слоя на мишень, упрощение эксплуатации мишени, изучение впервые в мире радиационного блистеринга литиевой мишени при имплантации 2 МэВ протонов и изучение впервые в мире влияния имплантированного водорода на выход нейтронов. Методологической основой научного исследования являются экспериментальные и численные методы изучения различных технологий напыления лития. Методом сравнения предполагается выявить наиболее подходящую технологию. Экспериментальное исследование также подразумевает испытания нейтроногнерирующей мишени с напыленным литием в условиях максимально приближенным к планируемым при проведении терапии с целью выявления процессов, происходящих на мишени, и их влияния на поток нейтронов и распространения радиоактивного бериллия.Основное содержание научного исследования: 1. Изучение генерации нейтронов в зависимости от набранного флюенса протонов на мишени.Исследование различными методами состава и рельефа нейтроногенерирующей мишени после воздействия протонного пучка.2. Исследование влияния протонного пучка высокой мощности на нейтроногенерирующую мишень.3. Проведение экспериментов с нейтроногенерирующей мишенью в конфигурациях с разной толщиной литиевого слоя.4. Изучение состава мишени после облучения.5. Измерение рельефа поверхности мишени.6. Разработка методики нанесения на мишень защитного слоя, предотвращающего ухудшение качества напыленного лития.7. Разработка системы защиты отработанной мишени, позволяющей безопасно осуществлять замену мишеней.На момент предоставления отчета получены следующие результаты:1. Усовершенствован стенд термического напыления лития в вакууме на охлаждаемую подложку мишенного узла. Потери лития при напылении снижены и не превышают 2%. Определены оптимальные условия напыления для получения визуально однородного литиевого слоя.2. Приобретен и запущен в эксплуатацию перчаточный бокс, который упростил работу с литием и позволяет осуществлять долговременное хранение лития в чистой среде аргона марки 5.0 без ухудшения его качества.3. Предложен и реализован новый метод неразрушающего in situ измерения толщины слоя лития по сравнению интенсивности излучения гамма-квантов с энергией 478 кэВ в реакции 7Li(p,p’гамма)7Li из исследуемого литиевого слоя и из толстого. Проведенные исследования продемонстрировали возможность измерения толщины слоя лития вплоть до 100 мкм. Данный метод пригоден для сертификации литиевых мишеней, используемых при проведении бор-нейтронозахватной терапии.4. Разработаны и применены две методики нанесения на литий защитного слоя для упрощения эксплуатации мишени: методом магнетронного напыления нанесен титановый слой толщиной 5 мкм, методом термического напыления - 1 мкм слой парафина или вазелинового медицинского масла.5. С использованием видеокамеры и спектрометра зарегистрирована люминесценция лития при облучении мишени протонами. Регистрируемая линия излучения 610,3 ± 0,5 нм соответствует электронному переходу в атоме лития 1s23d → 1s22p, линия 670,7 ± 1 нм – переходу 1s22p → 1s22s. По результатам проведенного исследования разработана и внедрена в эксплуатацию оптическая диагностика оперативного контроля положения и размера пучка протонов на поверхности литиевой мишени, используемая в режиме генерации нейтронов.6. Подготовлены и проведены научные исследования по изучению влияния радиационного блистринга меди при имплантации протонов на выход нейтронов из литиевой мишени. Установлено, что блистеринг меди, на которую напылен литий, не приводит к деградации выхода нейтронов из литиевой мишени.7. Подготовлен и проведен эксперимент по измерению выхода нейтронов от времени экспозиции литиевой мишени на воздухе при атмосферном давлении.8. Подготовлен и проведен эксперимент по изучению взаимодействия лития с металлом подложки и его влиянию на выход нейтронов. Из мишени, подвергнутой облучению, электроискровой резкой вырезаны два образцы и исследованы методом микросрезов. Установлено, что эрозия меди наблюдается глубже места остановки протонов.9. Подготовлен и проведен эксперимент по генерации нейтронов на литиевой мишени, размещенной в горизонтальной части тракта транспортировки пучка протонов. Установлено, что при высокой плотности мощности нагрева литий становится жидким, но не стекает под действием силы тяжести из-за достаточной силы поверхностного натяжения.