放射性物質制作裝置制造方法
【專利摘要】一種放射性物質制作裝置，屬物理儀器、軍工領域。其特征是，這種放射性物質制作裝置由低溫等離子體部分，伽馬射線、X射線或紫外線發生器，冷卻系統和射線屏蔽罩構成。其中低溫等離子體由電離的原子核或正離子與電子組成。輻照等離子體的伽馬、或X、或紫外射線來自于加速器。射線中光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的原子核或正離子從基態激發到激發態所需要的能量。在低溫等離子體和加速器之間及它們的外表面有冷卻系統。整個裝置由射線屏蔽罩包裹。這種放射性物質制作裝置對于科研、工業、軍工都有不可代替的重要作用。
【專利說明】放射性物質制作裝置
[0001]【技術領域】:本發明屬物理儀器、軍工領域。
[0002]【背景技術】:處于激發態的分子、原子或原子核能輻射相應的射線，如可見光、愛克斯(X)或伽馬(Y)射線。為了得到相應的射線，首先需要使得分子、原子或原子核處于激發態。本發明的目的就是設計一種裝置，給電后，用此裝置可以使原子或原子核處于激發態，從而可以輻射出X射線或Y射線。
[0003]Y射線是指波長短于0.2埃(λ < 2 X 10_nm = 0.0lnm)的電磁波，而X射線是人們很熟悉的。Y射線及硬X射線(λ < IO-10Hi = 0.1nm)波段有重疊。差別在于，Y射線產生于核能級躍遷，而硬X射線可由高能電子撞擊原子中內層電子產生。二者都不是很容易產生的，Y激光及X激光就更難產生。
[0004]人工放射性物質，例如放射Y射線的物質，傳統方法是用反應堆(用中子流照射核靶或用中子引起重核裂變)或加速器制作(用帶電粒子引起核反應)。產品是豐中子核素或缺中子核素，放出的是Y射線和電子或正電子(β — 或β +射線)，難以用來生產激光。
[0005]另一個方法是，是用Y射線激發原子核，得到同質異能素。但由于以下原因，如果直接用Y射線輻照原子，也難以制作Y及X射線激光器。
[0006]Y射線與原子相互作用有六種方式:光電效應；康普頓效應；電子對效應；相干散射；光致核反應；核共振反應。前三種反應是主要的，對于30MeV以下的Y射線，通過前三種反應吸收的Y射線是99%。因此，很難按傳統方式制作同質異能素和Y射線發生器。迄今為止，也確實沒有做出這種發生器。
[0007]Y射線及硬X射線發生器和激光器都是很重要的。對于科學研究，有不可代替的重要作用。例如，單光子50MeV以上的Y射線激光可以用來識別原子核的結構。由此，人們對于物質結構就能有更深刻的認識；在工業、醫療領域都有極其重要的應用。例如，用Y射線可探測物體內部情況、地下礦藏，可治療癌癥。由于Y射線對人體有很強的殺傷作用(殺人于無聲無光之中)，因此這種器具在軍工領域也極其重要。因此，研究制作Y射線或硬X射線發生器和激光器是極其必要的。
[0008]本發明提出一種放射性物質制作裝置，通電后，這種裝置能使得相應物質的原子核或原子處于激發態，從而輻射出Y射線或X射線，射線中包含Y激光或X激光成分。
[0009]不同于我們此前提出的連續輻射Y激光的激光器方案，本方案是制作能連續輻射X或深紫外激光的裝置，以及制作能輻射Y射線的同質異能素。這些同質異能素裝入鉛皮箱中后可以方便地攜帶，便于應用。
[0010]
【發明內容】
:放射性物質制作裝置的設計方案如下:
[0011]一種放射性物質制作裝置，其特征是，這種放射性物質制作裝置由低溫等離子體部分，伽馬射線、X射線或紫外線發生器，冷卻系統和射線屏蔽罩構成。
[0012]它的低溫等離子體部分是一個內部充滿了被伽馬射線、X射線或紫外線輻照著的低溫等離子體的密閉容器，這個容器是由對于伽馬射線、或X射線、或紫外線是透明的材料制成的，這個容器可以是個圓筒，也可以是一個由內、外兩個圓筒構成的密閉圓筒環。
[0013]它的低溫等離子體由電離的原子核與電子組成，輻照等離子體的伽馬射線來自于伽馬射線發生器，相應的伽馬光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的原子核從基態激發到激發態所需要的能量。
[0014]它的低溫等離子體也可以由失去了部分電子的正離子與電子組成，輻照等離子體的X射線或紫外線來自于X射線或紫外線發生器，相應的X射線或紫外線光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的正離子從基態激發到激發態所需要的能量。
[0015]它的伽馬射線發生器也就是伽馬射線發生部分，是這樣一種加速器，這種加速器對電子和質子加速，加速電壓連續可調，電子和質子在加速器內對撞，對撞輻射出的伽馬光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的原子核從基態激發到激發態所需要的能量，這些伽馬光子穿過加速器和低溫等離子體之間的隔壁輻射到低溫等離子體上。
[0016]它的X射線或紫外線發生器是這樣一種加速器，其中被加速的電子撞擊到金屬靶上，撞擊后輻射出的光子能量大于或等于將低溫等離子體中的正離子從基態激發到激發態所需要的能量，撞擊后產生的光子穿過加速器和低溫等離子體之間的隔壁輻射到低溫等離子體上。
[0017]它的伽馬射線、或X射線、或紫外射線發生器，分為A、B兩區，A區是由內、外兩個圓筒構成的密閉圓筒環，內圓筒套在低溫等離子體圓筒的外部，也可以將A區制成圓筒，而低溫等離子體部分是內、外兩個圓筒構成的密閉圓筒環，低溫等離子體的內圓筒套在射線發生器A區的外部，A區輻射出的光子從側面輻照低溫等離子體，射線發生器B區安置在低溫等離子體圓筒或圓筒環的一端(B端)，B區輻射出的光子從這端輻照低溫等離子體，低溫等離子體圓筒或圓筒環的另一端(A端)是X或紫外激光、或伽馬射線的出射口。在制作輻射伽馬射線的同質異能素時，A端也可以用不透過伽馬射線的材料密封。
[0018]它的盛裝低溫 等離子體的密封筒可以與直流電源正極相連。
[0019]它的冷卻系統布置在低溫等離子體和Y射線、X射線或紫外線發生器之間，也布置在低溫等離子體部分和Y射線、X射線或紫外線發生器發生器的表面上，冷卻系統可以由熱管構成，也可以由吸熱分解并蒸發的物質，或流動的液體或氣體構成。
[0020]它的X射線屏蔽罩由厚3cm以上的鉛皮制作，而伽馬射線屏蔽罩需用IOcm以上的鉛皮制作，除了低溫等離子體部分的射線出口外，射線屏蔽罩包圍了放射性物質制作裝置的其余部分。
[0021]這種放射性物質制作裝置，當它的等離子體是由正離子與電子組成時，可用X射線或紫外線隨時連續輻射這種等離子體，等離子體中的正離子輻射光子后，又被激發，這樣就從等離子體部分的出口端(即A端)連續輻射出X或紫外激光。
[0022]這樣就制成了連續輻射X激光的激光器。
[0023]這種放射性物質制作裝置，當低溫等離子體中處于激發態的原子核總數接近極大值時，停止用Y射線輻照等離子體，然后降溫，當溫度達到常溫時，剖開盛裝等離子體的容器，將其中放射性物質取出、集中、裝填到直圓筒形或球形的容器中，容器用鉛皮包裹好，備用。
[0024]這樣就制成了放射性物質同質異能素，及便攜式Y射線發生器。
[0025]X或紫外激光器與同質異能素制作裝置的主要差別是，X或紫外激光器中的等離子體可被X或紫外線隨時連續輻照，而同質異能素制作裝置中的等離子體被Y射線輻照一定時間后，取出集中，作為Y射線發生器的射線源；x或紫外線發生器與?射線發生器也不相同。
[0026]這種伽馬激光器可以多級串聯使用，第一級可以作為種子激光源，其余各級不必再用置于低溫等離子體B端的伽馬射線發生器。
[0027]這類Y、X或紫外激光器也可以按如下方案制作:在加速器內，將原子核或失去了部分電子的正尚子與電子加速到這樣的能量，在電子與原子核或正尚子對撞后，原子核或正離子能被激發到激發態，這些處于激發態的原子核或正離子由于受激輻射和自發輻射可輻射出Y、X或紫外激光，輻射光子后的原子核或正離子與電子在電磁場作用下分離、在另外區間再次分別被加速，被加速后的電子與原子核或正離子在磁場作用下重新回到對撞區再次對撞，再次處于激發態，再次輻射出激光。
[0028]電離為等離子體的原子可根據需要選擇。不同的原子核或正離子激發態的壽命互不相同，輻射出光子的能量也互不相同。本方案所說的Y、x或紫外激光器，無論哪一種，所選擇原子核、或正離子、或原子的激發態壽命都不能短于10_7秒。
[0029]能夠將電子及質子加速到30_50MeV。一般說來，這就能夠滿足需要了。當然，如果必要，可以將電子及質子加速到更高的能量，使他們對撞后能輻射出能量更高的Y光子。這主要取決于將原子核激發到激發態所需要的能量。在電子及質子對撞的直線段，也就是平行于等離子體的部分，電子及質子在這一部分的任一點都能對撞，從而所輻射的Y射線能均勻地輻照到等離子體的每一部分，使得盡可能多的等離子體原子核處于激發態。
[0030]對于這種激光器，電子的存在降低了激光的產額。但由于約束高密度純正離子有困難，不得不用電子，以便減小高密度正離子之間的靜電排斥力。為了提高Y光子的產額，增大正離子的密度是必要的。為此，在約束力允許的范圍內，可在等離子體的容器上加上適當的正電壓，以便減小等離子體中的電子密度，增大正離子的比例。
[0031]這種激光器中等離子體的形成并不是由于高溫，而是由于Y光的照射。因此其溫度不是很高，如同普通激光器中的粒子數反轉，盡管體系的內能很高，但溫度卻不一定很高一樣。但Y光或X光對等離子體的輻照必然增加等離子體的溫度。為此，必須冷卻等離子體，使得正、負離子由于散射Y光而增加的熱量Λ Q能夠完全被冷卻液體或氣體帶走，從而保持等離子體處于恒定的低溫，能夠被容器密封住。
[0032]設在低溫等離子體部分的B端，放射出m個Y、X或紫外光子，其中有η個光子平行于等離子體圓筒或圓筒環的軸線射向A端。設在這η個光子通過長度為I的等離子體后，有Iiei個Y光子被電子或處于基態的原子核散射或吸收，有ηΝ個光子與處于激發態的原子核或正離子作用，這些原子核或正離子由于受激而輻射出％個Y、或X、或紫外光子，這樣，經過長度為I的等離子體后，就有2%個Y、或X、或紫外線光子。顯然有η = ηΝ+ιν設低溫等離子體長度為kl,貝U出射光子的數目就是nF = n(2nN/n)k。如果nN > ne,則nF > η。由于nF隨k指數增長，就有可能得到很大的nF，即，很強的激光輸出，而且是連續激光。
[0033]用這種方式制作的同質異能素能輻射出Y射線，其中可有少量的激光成分，但更主要的是非激光。
[0034]這樣的Y射線發生器，X或紫外線激光有十分重要的應用。例如，Y射線在工業上可以用來做無損探測，可探測地下礦物，測量地殼運動，預測地震等；作為兵器，可殺人于無形。
[0035]【專利附圖】
【附圖說明】:圖1是以同質異能素制作裝置為例的放射性物質制作裝置側面剖視圖，其中的Y射線發生器A部分是圓筒形。圖中，I是低溫等離子體；2是Y射線發生部分的A部分；3是產生Y射線加速器的附件部分；4是Y射線發生部分的B部分；5是熱管；6是用鉛板制成的防護罩；7是Y射線出口。
[0036]圖2是以同質異能素制作裝置為例的放射性物質制作裝置側面剖視圖，其中的等離子體部分是圓筒型。圖中，5是熱管；6是用鉛板制成的防護罩；8是低溫等離子體；9是Y射線發生部分的A部分；10是Y射線發生部分的B部分；11是產生Y射線的加速器的附件部分；12是Y射線出射口。
[0037]X或紫外激光器示意圖與同質異能素制作裝置示意圖相近。
[0038]【具體實施方式】:實施例1:便攜式伽馬射線發生器的制作
[0039]1.用電子和質子對撞機，或‘地那米(Dynamitixm) ’制作Y射線發生器。用厚
0.3cm的不銹鋼板制作外圓直徑20cm、長5m的圓筒T。圓筒內通過被加速的電子和質子對撞，或用‘地那米(Dynamitron) ’技術產生Y射線。所產生的Y射線穿過圓筒向外福射。這種形狀的Y射線發生器就是Y射線發生器A部分。用同樣的方式，再制作一個外形尺寸為:內圓直徑22cm、外圓直徑44cm、長度3m的、射線發生器。這種形狀的Y射線發生器就是Y射線發生器B部分。
[0040]調整電壓，使得Y射線發生器輻射出能量為0.393MeV的Y光子，113In吸收一個能量為0.393MeV光子后，躍遷到激發態113mIn。113mIn半衰期是104分。
[0041]113In吸收能量更大的光子(或113mIn吸收光子)后，可以通過一個虛過程輻射出一個電子和電子型反中微子而轉變為113Sn。113Sn的半衰期是118天。
[0042]2.用0.3cm厚的不銹鋼板制作內圓直徑22cm、長5m的圓筒a ;再用厚1.0cm的不銹鋼板制作外圓直徑44cm、長5m的圓筒b,將a、b兩個圓筒與作為兩端的A、B底部的厚
0.3cm、內圓直徑22cm、夕卜圓直徑44cm的圓環形鋼板先后焊接在一起,構成一個環狀圓筒S。
[0043]3.在焊接后一個底板之前，在桶內裝入適量的113In。這里所謂的‘適量’是指，當這些113In由于足夠強的Y線輻射而完全變為原子核與電子這樣的等離子體時，并由于連續的冷卻降溫，等離子體能夠保持低而恒定的溫度情況下，等離子體時恰好充滿環狀圓筒
S。填裝113In后，焊接好環形底板。
[0044]4.將環狀圓筒S套在伽馬射線發生器T的外部，連接好后固定，兩者的中心的軸線要重合。兩者中間有Icm的縫隙，在這個縫隙中鋪設有熱管。
[0045]5.在圓筒b外部,再焊接一個厚0.5cm、內部直徑48cm、長5m的圓筒c,在這個圓筒和b圓通之間的縫隙鋪設有熱管。
[0046]6.在環狀圓筒S的B端安裝伽馬射線發生器的B部分，B部分發射的伽馬射線透過S的B端照射其中的113In。
[0047]7.將加速器的其余部分與伽馬線發生部分連接好。
[0048]8.留出圓筒環的A端作為113In的出口。將其余部分用厚8cm的鉛皮封裝好，以免伽馬線泄漏。
[0049]9.連好電源，使得加速器能夠發射足夠多能量為0.393MeV的Y光子。這些Y光子能夠剝離113In原子的所有電子，并將113In原子核激發到它的激發態113mIn。
[0050]10.當環狀圓筒S內的113In原子核被激發到113Sn的數量達到極大值時，停止輻照并降溫，當溫度降到常溫時，取出環狀圓筒S內的物質，集中，重新裝填到長10m、內直徑lcm、外直徑3cm的鋼桶內。鋼桶外部用8cm厚的鉛皮包裝好,再裝入內徑11cm、外徑12cm、長IOlOcm的鋼桶內，加上帶有鉛皮的塞后，就制成了便攜式伽馬射線發生器。
[0051]可見，按本方案制作的裝置能夠產生伽馬射線。
[0052]實施例2:大功率連續輻射X激光的激光器的制作
[0053]1.用技術成熟的‘地那米(Dynamitixm) ’制作X射線發生器T。一種外部形狀為外圓直徑20cm、長5m的圓筒T,稱為X射線發生器A部分。再制作一個外形尺寸為內圓直徑22cm、外圓直徑44cm、長2m的X射線發生器，稱為X射線發生器B部分。調整電壓，使所產生X射線的單光子能量是1234.2eV。
[0054]2.用能透過X射線的耐高溫材料，如陶瓷，制作一個內圓直徑22cm、外圓直徑44cm、長5m的環狀圓筒S。
[0055]3.在環狀圓筒S焊接最后一個底板之前，在桶內裝入適量的23Na。這里所謂的‘適量’是指，當這些23Na由于足夠強的X射線輻射而完全變為離子Na+9與電子這樣的等離子體時，并由于連續的冷卻降溫，等離子體能夠保持低而恒定的溫度情況下，等離子體時恰好充滿環狀圓筒S。填裝23Na后，焊接好環形底板。
[0056]4.將環狀圓筒S套在伽馬射線發生器T的外部，連接好后固定，兩者的中心的軸線要重合。在兩者中間的Icm縫隙中鋪設有熱管。
[0057]5.在環狀圓筒S的外部,再焊接一個厚0.5cm、內部直徑48cm、長5m的圓筒c,在這個圓筒和環狀圓筒S之間的縫隙鋪設有熱管。
[0058]6.在環狀圓筒S的一端(稱為B端)安裝X射線發生器的B部分，B部分發射的X射線透過S的B端照射其中的23Na。
[0059]7.留出環狀圓筒S的另一端(稱為A端)作為X激光的出口，而將其余部分用厚5cm的鉛板封裝好，以免X射線泄漏。
[0060]8.連好電源，使得加速器能夠發射足夠多的X射線。這些能量為1234.2eV的X光子能夠剝離23Na原子的第二層及外層的電子，并將23Na+9的基態電子激發到激發態。
[0061]9.增加能量為1234.2eV的X光子能量密度，使其超過實現這種(光子能量1234.2eV)激光的閾值，則從A端就能夠這種激光。
[0062]電子也可以躍遷到其它激發態上，因此輻射出的激光也含有其它能量的成分。
[0063]可見，按本方案制作的裝置能夠連續輻射出X激光。
【權利要求】
1.一種放射性物質制作裝置，其特征是，這種放射性物質制作裝置由低溫等離子體部分，伽馬射線、或X射線、或紫外線發生器，冷卻系統和射線屏蔽罩構成。
2.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的低溫等離子體部分是一個內部充滿了被伽馬射線、或X射線、或紫外線輻照著的低溫等離子體的密閉容器，這個容器是由對于伽馬射線、或X射線、或紫外線是透明的材料制成的，這個容器可以是個圓筒，也可以是一個由內、外兩個圓筒構成的密閉圓筒環。
3.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的低溫等離子體由電離的原子核與電子組成，輻照等離子體的伽馬射線來自于伽馬射線發生器，相應的伽馬光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的原子核從基態激發到激發態所需要的能量。
4.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的低溫等離子體也可以由失去了部分電子的正離子與電子組成，輻照等離子體的X射線或紫外線來自于X射線或紫外線發生器，相應的X或紫外光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的正離子從基態激發到激發態所需要的能量。
5.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的伽馬射線發生器，是這樣一種加速器，這種加速器對電子和質子加速，加速電壓連續可調，電子和質子在加速器內對撞，對撞輻射出的伽馬光子的能量大于或等于將低溫等離子體中的原子核從基態激發到激發態所需要的能量，這些伽馬光子穿過加速器和低溫等離子體之間的隔壁輻射到低溫等離子體上。
6.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的X射線或紫外線發生器是這樣一種加速器，其中被加速的電子撞擊到金屬祀上，撞擊后福射出的光子能量大于或等于將低溫等離子體中的正離子從基態激發到激發態所需要的能量，撞擊后產生的光子穿過加速器和低溫等離子體之間的隔壁輻射到低溫等離子體上。
7.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的伽馬射線、或X射線、或紫外線發生器，分為A、B兩區，A區是由內、外兩個圓筒構成的密閉圓筒環，內圓筒套在低溫等離子體圓筒的外部，也可以將射線發生器A區制成圓筒，而低溫等離子體部分是由內、外兩個圓筒構成的密閉圓筒環，低溫等離子體的內圓筒套在A區的外部，A區輻射出的光子從側面輻照低溫等離子體，射線發生器B區安置在低溫等離子體圓筒或圓筒環的一端，B區輻射出的光子從這端輻照低溫等離子體，低溫等離子體圓筒或圓筒環的另一端是X或紫外激光、或伽馬射線的出射口。
8.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的盛裝低溫等離子體的密封筒可以與直流電源正極相連。
9.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，它的冷卻系統布置在低溫等離子體和Y射線、X射線或紫外線發生器之間，也布置在低溫等離子體部分和伽馬射線發生器的表面上，冷卻系統可以由熱管構成，也可以由吸熱分解并蒸發的物質，或流動的液體或氣體構成。
10.基于權利要求1所述的一種放射性物質制作裝置，其特征是，當低溫等離子體中處于激發態的原子核總數接近極大值時，停止用Y射線輻照等離子體，然后降溫，當溫度達到常溫時，剖開盛裝等離子體的容器，將其中放射性物質取出、集中、裝填到直圓筒形或球形的容器中，容器用鉛皮包裹。
【文檔編號】H01S4/00GK103457148SQ201210167434
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月28日 優先權日:2012年5月28日
【發明者】陳紫微, 陳宇星, 陳世浩 申請人:陳紫微