nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2025-2-110-117nuc-823Research ArticleСтатьиРАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОТОНОВ С ФОЛЬГАМИ МИШЕННОГО УСТРОЙСТВА ЦИКЛОТРОНАCALCULATED STUDY OF PROTON INTERACTION WITH FOILS OF THE CYCLOTRON TARGET DEVICEhttps://orcid.org/0000-0001-8802-1559ХажидиноваА. Р.KhazhidinovaA. R.

Семей

Semey

khazhidinova1991@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-9900-4111ХажидиновА. С.KhazhidinovA. S.

Семей

khazhidinov@mail.ruСтепановаО. А.StepanovaO. A.

Семей

Semey

aug11@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1677-8023ЕрмоленкоМ. В.YermolenkoM. V.

Семей

Semey

tehfiz@mail.ruНекоммерческое акционерное общество «Шәкәрім университет»КазахстанNon-profit joint-stock company “Shakarim University”KazakhstanКоммунальное государственное предприятие на праве хозяйственного ведения «Центр ядерной медицины и онкологии» управления здравоохранения области АбайКазахстан“Center of Nuclear Medicine and Oncology” Department of Healthcare of Abai RegionKazakhstan20251407202502110117Copyright © Хажидинова А.Р., Хажидинов А.С., Степанова О.А., Ермоленко М.В., 20252025Хажидинова А.Р., Хажидинов А.С., Степанова О.А., Ермоленко М.В.Khazhidinova A.R., Khazhidinov A.S., Stepanova O.A., Yermolenko M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/823

В статье исследован процесс взаимодействия протонов с фольгами держателя мишени циклотрона. Исследование проводилось с помощью расчетной программы SRIM, в которой была создана трехслойная модель держателя фольг мишени циклотрона. Мишень бомбардировалась протонами с энергией 18 МэВ при нормальном падении, количество протонов равнялось 300102. В расчете не учитывались ядерные реакции. В результате проведенных исследований установлено, что на 300100 протонов, пролетевших через всю модель, приходится 2 обратно рассеянных протона. Представлены результаты распределения протонов вдоль расчетной модели и в поперечном сечении в конце модели. Результаты проведенных исследований позволяют оценить пространственное и энергетическое распределение протонов в держателе фольг мишени циклотрона, что можно использовать для оптимизации процесса облучения обогащенной воды операторами циклотрона. Полученные результаты могут служить основой для дальнейших исследований, направленных на оценку степени усталости фольг мишени и разработку рекомендаций по частоте их замены при техническом обслуживании.

The article studies the process of interaction of protons with the foils of the cyclotron target holder. The study was conducted using the SRIM calculation program, in which a three-layer model of the cyclotron target foil holder was created. The target was bombarded with 18 MeV protons at normal incidence, the number of protons was 300102. Nuclear reactions were not taken into account in the calculation. As a result of the conducted studies, it was found that for every 300100 protons that flew through the entire model, there were 2 backscattered protons. The results of the proton distribution along the calculation model and in the cross section at the end of the model are presented. The results of the conducted studies allow us to estimate the spatial and energy distribution of protons in the cyclotron target foil holder, which can be used to optimize the enriched water irradiation process by cyclotron operators. The obtained results can serve as a basis for further research aimed at assessing the fatigue level of target foils and developing recommendations for their replacement frequency during maintenance.

циклотронмишеньпротоныпучокфольгираспределение протоноввакансииcyclotrontargetprotonsbeamfoilsproton distributionvacanciesReferencesКГП на ПХВ «Центр ядерной медицины и онкологии» [Электронный ресурс] / Управление здравоохранения области Абай. – Режим доступа: https://semeyonco.kz/ru/ (дата обращения: 07.03.2025).1 КГП на ПХВ «Центр ядерной медицины и онкологии» [Электронный ресурс] / Управление здравоохранения области Абай. – Режим доступа: https://semeyonco.kz/ru/ (дата обращения: 07.03.2025).The Stopping and Range of Ions in Matter (SRIM) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.srim.org/ (дата обращения: 09.03.2025).2 The Stopping and Range of Ions in Matter (SRIM) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.srim.org/ (дата обращения: 09.03.2025).Sun Y., Diao S.Z., Liu P.P., Zhan Q., Wan F.R. Anomalies in the calculation of dpa by using damage energy method based on full-cascades option of SRIM [Электронный ресурс] // Annals of Nuclear Energy. – 2023. – Vol. 183. – Article ID: 109667. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109667 (дата обращения: 08.03.2025).3 Sun Y., Diao S.Z., Liu P.P., Zhan Q., Wan F.R. Anomalies in the calculation of dpa by using damage energy method based on full-cascades option of SRIM [Электронный ресурс] // Annals of Nuclear Energy. – 2023. – Vol. 183. – Article ID: 109667. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109667 (дата обращения: 08.03.2025).Osmani N., Benkharfia H., Saad D. Neutron-induced damage simulations using MCNP6 and SRIM codes: Beyond neutron transmutation doping of silicon [Электронный ресурс] // Annals of Nuclear Energy. – 2023. – Vol. 187. – Article ID: 109795. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2023.109795 (дата обращения: 08.03.2025).4 Osmani N., Benkharfia H., Saad D. Neutron-induced damage simulations using MCNP6 and SRIM codes: Beyond neutron transmutation doping of silicon [Электронный ресурс] // Annals of Nuclear Energy. – 2023. – Vol. 187. – Article ID: 109795. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2023.109795 (дата обращения: 08.03.2025).Subedi B., Paudel J., Lamichhane T.R. Gamma-ray, fast neutron and ion shielding characteristics of low-density and high-entropy Mg–Al–Ti–V–Cr–Fe–Zr–Nb alloy systems using Phy-X/PSD and SRIM programs [Электронный ресурс] // Heliyon. – 2023. – Vol. 9, Issue 7. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e17725 (дата обращения: 08.03.2025).5 Subedi B., Paudel J., Lamichhane T.R. Gamma-ray, fast neutron and ion shielding characteristics of low-density and high-entropy Mg–Al–Ti–V–Cr–Fe–Zr–Nb alloy systems using Phy-X/PSD and SRIM programs [Электронный ресурс] // Heliyon. – 2023. – Vol. 9, Issue 7. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e17725 (дата обращения: 08.03.2025).Lin Y., Zinkle S.J., Ortiz C.J., Crocombette J., Webb R., Stoller R.E. Predicting displacement damage for ion irradiation: Origin of the overestimation of vacancy production in SRIM full-cascade calculations [Электронный ресурс] // Current Opinion in Solid State and Materials Science. – 2023. – Vol. 27, Issue 6. – Article ID: 101120. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.cossms.2023.101120 (дата обращения: 18.02.2025).6 Lin Y., Zinkle S.J., Ortiz C.J., Crocombette J., Webb R., Stoller R.E. Predicting displacement damage for ion irradiation: Origin of the overestimation of vacancy production in SRIM full-cascade calculations [Электронный ресурс] // Current Opinion in Solid State and Materials Science. – 2023. – Vol. 27, Issue 6. – Article ID: 101120. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.cossms.2023.101120 (дата обращения: 18.02.2025).Agarwal S., Lin Y., Li C., Stoller R.E., Zinkle S.J. On the use of SRIM for calculating vacancy production: Quick calculation and full-cascade options [Электронный ресурс] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2021. – Vol. 503. – С. 11–29. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2021.06.018 (дата обращения: 21.02.2025).7 Agarwal S., Lin Y., Li C., Stoller R.E., Zinkle S.J. On the use of SRIM for calculating vacancy production: Quick calculation and full-cascade options [Электронный ресурс] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2021. – Vol. 503. – С. 11–29. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2021.06.018 (дата обращения: 21.02.2025).Mitsi E., Koutsomitis K., Apostolopoulos G. On the use of SRIM for calculating arc-dpa exposure [Электронный ресурс] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2023. – Vol. 545. – Article ID: 165145. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2023.165145 (дата обращения: 19.02.2025).8 Mitsi E., Koutsomitis K., Apostolopoulos G. On the use of SRIM for calculating arc-dpa exposure [Электронный ресурс] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2023. – Vol. 545. – Article ID: 165145. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2023.165145 (дата обращения: 19.02.2025).Nath D., Das R. Surface and displacement damage engineering on CdSe nanocrystalline thin film by swift heavy Ag ions: A theoretical investigation by SRIM/TRIM package [Электронный ресурс] // Vacuum. – 2021. – Vol. 190. – Article ID: 110293. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110293 (дата обращения: 23.02.2025).9 Nath D., Das R. Surface and displacement damage engineering on CdSe nanocrystalline thin film by swift heavy Ag ions: A theoretical investigation by SRIM/TRIM package [Электронный ресурс] // Vacuum. – 2021. – Vol. 190. – Article ID: 110293. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110293 (дата обращения: 23.02.2025).Gurbich A.F., Prusachenko P.S., Bobrovskiy T.L., Bokhovko M.V. On the SRIM prediction of ranges for Ni ions [Электронный ресурс] // Applied Radiation and Isotopes. – 2025. – Vol. 215. – Article ID: 111590. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2024.111590 (дата обращения: 01.03.2025).10 Gurbich A.F., Prusachenko P.S., Bobrovskiy T.L., Bokhovko M.V. On the SRIM prediction of ranges for Ni ions [Электронный ресурс] // Applied Radiation and Isotopes. – 2025. – Vol. 215. – Article ID: 111590. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2024.111590 (дата обращения: 01.03.2025).Cyclotron produced radionuclides: operation and maintenance gas and liquid targets [Электронный ресурс]. — Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012. — 24 см. — (IAEA Radioisotopes and Radiopharmaceuticals, ISSN 2077–6462; No. 4). — STI/PUB/1563. — ISBN 978–92–0–130710–1. — Режим доступа: https://www.iaea.org/ (дата обращения: 03.02.2025).11 Cyclotron produced radionuclides: operation and maintenance gas and liquid targets [Электронный ресурс]. — Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012. — 24 см. — (IAEA Radioisotopes and Radiopharmaceuticals, ISSN 2077–6462; No. 4). — STI/PUB/1563. — ISBN 978–92–0–130710–1. — Режим доступа: https://www.iaea.org/ (дата обращения: 03.02.2025).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.