Синтез короткоживущих изотопов для половой стерилизации жуков-короедов

В данной работе рассматривается применение короткоживущего изотопа фосфора 32 для половой стерилизации жуков-короедов. Генерация изотопа происходит за счет нейтронов, полученных при облучении мишени из дейтерированного титана ускоренными атомами, и последующим их использованием для генерации изотопа фосфор 32.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………….. 8
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И
МЕТОДЫ ЕЕ РЕШЕНИЯ …………………………………………………………………………. 11
1.1 Ускоритель ТЕМП-6 ………………………………………………………………………………. 11
1.2 Расчет выхода нейтронов ……………………………………………………………………….. 12
1.2.1 Выход нейтронов на один дейтрон ………………………………………… 12
1.2.2 Выход нейтронов за импульс ……………………………………………….. 15
1.2.3 Спектр протонов ………………………………………………………………….. 15
1.2.4 Выход нейтронов за импульс ……………………………………………….. 20
1.2.5 Выход нейтронов при инициировании атомами дейтерия ……… 21
1.2.6 Выход нейтронов при облучении атомами дейтерия с учетом
изменения энергии ………………………………………………………………………………………. 23
1.3 Генерация изотопа фосфор-32 ………………………………………………………………… 26
1.3.1 Расчет для тонкой мишени …………………………………………………… 26
1.3.2 Расчет для толстой мишени ………………………………………………….. 27
1.3.3 Линейные потери энергии…………………………………………………….. 28
1.3.4 Выход изотопа на нейтрон ……………………………………………………. 31
1.4 Расчет поглощенной дозы ………………………………………………………………………. 32
2. КОНЦЕПЦИЯ СТАРТАП ПРОЕКТА ……………………………………………….. 36
2.1 Описание продукта как результата НИР …………………………………………………. 36
2.2 Интеллектуальная собственность ……………………………………………………………. 40
2.3 Объем и емкость рынка ………………………………………………………………………….. 42
2.4 Планируемая стоимость продукта …………………………………………………………… 43
2.5 Анализ современного состояния рынка и перспектив развития отрасли ….. 46
2.6 Конкурентные преимущества создаваемого продукта, сравнение технико-
экономических характеристик с отечественными и мировыми аналогами …….. 47
2.7 Целевые сегменты потребителей создаваемого продукта ………………………… 49
2.8 Стратегия продвижения продукта на рынок. …………………………………………… 50
2.9 Бизнес-модель проекта. Производственный план ……………………………………. 52
3. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………. 55
3.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………. 55
3.2 Производственная безопасность……………………………………………………………… 57
3.2.1 Анализ вредных и опасных факторов производственной среды ……………. 58
3.2.2 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия вредных и
опасных факторов на исследователя …………………………………………………………….. 64
3.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………………… 64
3.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………… 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 69
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА …………………………………………………… 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………….. 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………… 77

При выполнении дипломной работы выполнен расчет выхода изотопа
фосфор 32 за импульс, при облучении мишени нейтронами с энергией 14 МэВ.
При энергии нейтрона 14 МэВ сечение реакции32S(n,p)32P составляет 0.35 барн.
Тогда выход изотопа фосфор-32 за импульс при выходе нейтронов за импульс
6.71014 составит 91013 атомов. Расчет выхода изотопа фосфор-32 на один
нейтрон в реакции 32S(n,p)32P показал, что при энергии нейтрона 2.45 МэВ выход
составляет 0.005, а при энергии нейтрона более 7 МэВ все нейтроны участвуют
в реакции ядерного синтеза.
При выполнении литературного обзора была определена доза,
необходимая для половой стерилизации жуков и личинок союзного короеда –
150 Гр. На основе полученных данных был произведен расчет количества жуков
и их личинок, простерилизованных под действием β излучения при распаде
изотопа фосфор 32, наработанного за один импульс. Стерилизации при таких
условиях подвергаются 1.2*104 жуков и их личинок.
Выполненные исследования показали, что ускоритель ТЕМП-6 подходит
для генерации изотопа фосфор-32. С 2017 года по текущий момент изотоп
фосфор-32 нарабатывался только на исследовательском реакторе в ТПУ.
Ускоритель ТЕМП-6 обладает такими преимуществами как мобильность,
компактность и простота использования.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА

1. Работа была представлена на “XVIII Международная конференция студентов,
аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук»
Россия, Томск, 27–30 апреля 2021 г.”. Статья “ АНАЛИЗ КОНЦЕПЦИИ
ПОЛОВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ ЖУКОВ-КОРОЕДОВ С ПОМОЩЬЮ
КОРОТКОЖИВУЩИХ ИЗОТОПОВ” будет опубликована в сборнике
материалов конференции в сентябре 2021 года.

1. A.T. Baranik, M.A. Abuzeid, M.I. El-Zaiki, I.I. Zaloubovsky. Investigation of the
(d,p) reaction on 31P in the deuteron energy range 1.3-2.5 MeV // Nuclear Physics,
1965, Vol.72, p.49.
2.Пушкарев А.И., Исакова Ю.И., Хайлов И.П. Импульсный ионный
ускоритель, патент на изобретение № 2559022. Приоритет от 12 марта 2014 года.
Зарегистрирован в Госреестре изобретений РФ 10 июля 2015 г.
3. Пушкарев А.И., Исакова Ю.И., Хайлов И.П. Ионный диод с магнитной
самоизоляцией,ПатентРФ№2606404,приоритетот30.06.05.
Опубликовано10.01.2017, бюл. №1.
4. Pushkarev A.I., Isakova Yu.I. A gigawatt power pulsed ion beam generator for
industrial application // Surface and Coatings Technology Vol. 228, Supplement 1, 15
August 2013, Pages S382–S384. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.05.094
5. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика: Учебник. В 3-х тт. Т. 2.
Физика ядерных реакций. 7-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2009. —
319 с.
6. A.S. Ganeev, A.M. Govorov, G.M. Osetinskii, A.N. Rakivnenko, I.V. Sizov, V.S.
Siksin. The D-D reaction in the deuteron energy range 100 – 1000 keV // Atomnaya
Energiya, 1957. Supplement Issue.5, p.26.
7. H.-S. BOSCH, G.M. HALE. Improved formulas for fusion cross-sections and
thermal reactivities // Nuclear fusion, Vol.32, No.4 pp. 611-632. (1992).
8. Jiping Liu, Xiaobo Liu Deuteride Materials. Springer Nature Singapore Pte Ltd.
2019
9. J.F. Ziegler – SRIM & TRIM. URL: http://www.srim.org/
10.А.I. Pushkarev, Y.I. Isakova, А.I. Prima. High-intensity pulsed ion beam
composition and the energy spectrum measurements using the time-of-flight method
// Laser and Particle beams (2018), Volume 36, Issue 2, pp. 210-218.
11. P. Bystrov, A.R. Prokopenko, Y. Pavlov, and N. Rozanov, Computer program
“BEAM SCANNING” for calculation of irradiation processes in radiation-
technological installations, Procedia Computer Science 145, 123-133 (2018).
12. Pushkarev A.I., Isakova Y.I., and Khailov I.P. Analysis of correctness of intense
ion beam diagnostics based on the ion-current density // Instruments and Experimental
Techniques, 2015, Vol. 58, No. 5, pp. 667–674.
13. Langmuir I. The Effect of Space Charge and Residual Gases on Thermionic
Currents in High Vacuum. Phys. Rev. 1913, Vol. 2. – Р.45–51.
14. Humphries S. Charged Particle Beams. Wiley, New York. – 1990. – 847 p.
15. https://www.originlab.com.
16. Y.I. Isakova, A.I. Pushkarev. Visualization and analysis of pulsed ion beam
energy density profile with infrared imaging // Infrared Physics & Technology (2018),
v. 89, p. 140–146.
17. Ю.И. Исакова, А.И. Прима, Сао-Пэн Чжу, Лянь Динь, А.И. Пушкарев, Мин-
Кай Лэй. Влияние радиационных дефектов в металлической мишени на
погрешность тепловизионной диагностики мощных ионных пучков // Приборы
и техника эксперимента, 2019, No. 2, с. 67-74.
18.А.И. Пушкарев, А.И. Прима, Ю.И. Егорова, В.В. Ежов. Диагностика
импульсных пучков электронов, ионов и атомов // ПТЭ 2020, №3, с. 5-24.
19. Пушкарев А.И., Исакова Ю.И., Сазонов Р.В., Холодная Г.Е. Генерация
пучков заряженных частиц в диодах со взрывоэмиссионным катодом. М:
Физматлит, 2013.
20. J.F. Ziegler – SRIM & TRIM. URL: http://www.srim.org/
21. R.E. Stoller. Primary radiation damage formation. In Comprehensive nuclear
materials. Vol. 1. Elsevier: Amsterdam. 2012. pp. 293-329.
22.А.И. Прима, А.И. Пушкарёв, C. Zhang, Y. Li, X.P. Zhu, M.K. Lei
Лабораторныйстенддляиммитационногорадиационногооблучения
ускоренными атомами // XVI Курчатовская междисциплинарная молодежная
научная школа. Москва, 2019, с. 132.
23. A. Pushkarev, A. Prima, V. Myshkin, N. Chistyakova, V. Ezov. Comparison of
influence of the fast atoms beam and ion beam on the metal target // Journal of Nuclear
Materials
24. Curves and tables of neutron cross sections. JAERI-M, 1990; JAERI-M, 1992.
25. R. Ricamo, E. Luescher, P. Scherrer, W. Zuenti Elastic scattering and (n,p)
resonances of P-31 and S-32 // Nuovo Cimento, 1951, Vol.8, p.383
26.L. Allen, W.A.Biggers, R.J.Prestwood, R.K.Smith. Cross sections for the
S32(n,p)P32 and the S34(n,alpha) // Physical Review, 1957, Vol.107, p.1363.
27. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика: Учебник. В 3-х тт. Т. 2.
Физика ядерных реакций. 7-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2009. —
319 с.
28.G.J. Hallman, Y.M. Henon, A.G. Parker, C.M. Blackburn. Phytosanitary
irradiation: An overview // Florida Entomologist, 2016, Volume 99, Special Issue 2,
p. 1-
29. Стриганова Б. Р., Захаров А. А. Пятиязычный словарь названий животных:
Насекомые (латинский-русский-английский-немецкий-французский) / Под ред.
д-ра биол. наук, проф. Б. Р. Стригановой. — М.: РУССО, 2000. — С. 184.
30. Li, H., Li, T. Bark beetle larval dynamics carved in the egg gallery: a study of
mathematically reconstructing bark beetle tunnel maps. Adv Differ Equ 2019, 513
(2019). https://doi.org/10.1186/s13662-019-2452-2
31. Батурицкий, М.А.. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
: учебное пособие. – Мн.: МГЭУ им. А.Д. Сахарова, 2005. – 118 с.
32. The First Research Group. Low energy cross-sections measurement of d-d and d-
treactions // High Energy Physics and Nucl. Physics, Chinese ed. 1985, Vol.9,
Issue.6, p.723.
33. А. Давиденко, А. М. Кучер, И. С. Погребов, Ю. Ф. Тутуров. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОЛНЫХ СЕЧЕНИЙ РЕАКЦИИ D(d,n)He’В ИНТЕРВАЛЕ ЭНЕРГИЙ 20—220
кэВ. // ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ЛЕГКИХ ЯДРАХ. АТОМИЗДАТ МОСКВА
—1957. ПРИЛОЖЕНИЕ № 5 К ЖУРНАЛУ АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ» ЗА 1957 г.,
с. 7-14.
34.Preston G., Shaw P. F. D., Young S. A. The cross-sections and angular
distributions of the D-D reactions between 150 and 450 keV //Proceedings of the
Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. – 1954. –
Т. 226. – №. 1165. – С. 206-216.
35. A.S. Ganeev, A.M. Govorov, G.M. Osetinskii, A.N. Rakivnenko, I.V. Sizov, V.S.
Siksin. The D-D reaction in the deuteron energy range 100 – 1000 keV // Atomnaya
Energiya, 1957. Supplement Issue.5, p.26.
36. С.А. Кривец. Проблемы защиты кедровых лесов Сибири от союзного
короеда // Дендробионтные беспозвоночные животные и грибы и их роль в
лесныхэкосистемах/МатериалыВсероссийскойконференциис
международным участием. Санкт-Петербург: 2020. – 452 с.
37. Г. А. Бегляров, А. А. Смирнова, Т. С. Баталова. Химическая и биологическая
защита растений. М. : Колос, 1983.
38. А.В. Селиховкин, Б.Г. Поповичев. Возможность создания самцового
вакуума для контроля плотности популяции короеда типографа: оценка
биологической и экономической перспективы // Вредители и болезни
древесных растений России – Санкт-Петербург, 25–27 ноября 2013 г. – 85-86 с.
39. Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СПОРО—
2002);
40. Тарифы на электроэнергию 2021 Томск (электронный ресурс) URL:
https://www.gorsetitomsk.ru/ Дата обращения: 10.05.2021;
41. Тарифы на водоснабжение и водоотведение 2021 Томск (электронный
ресурс) https://www.vodokanal.tomsk.ru/ Дата обращения: 10.05.2021;
42.Сульфатаммонияоптом(электронныйресурс)URL:
https://chemsales.ru/products/sulfat_ammoniya / Дата обращения: 20.05.2021;
43. И.А. Керчев, С.А. Кривец, Н.А. Смирнов, Анализ популяционных
характеристик союзного короеда Ips amitinus (Coleoptera: Curculionidae,
Scolytinae) в районах инвазии в Западной Сибири / Дендробионтные
беспозвоночные животные и грибы и их роль в лесных экосистемах (СПб., 2020
г.) / Материалы Всероссийской конференции с международным участием.
Санкт-Петербург: 2020
44.Закупкисоюзныйкороед(электронныйресурс)URL:
https://zakupki.gov.ru/epz/order/extendedsearch/results.html?searchString=%D1%8
1%D0%BE%D1%8E%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D0%BA%D0%B
E%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%B4+&morphology=on / Дата обращения:
17.05.2021.
45. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 № 197-ФЗ (ред. от
01.04.2019)
46. Статья 212 «Трудового кодекса Российской Федерации» от 30.12.2001 №
197-ФЗ (ред. от 01.04.2019)
47.СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным
электронно-вычислительным машинам и организации работы (ред. от
21.06.2016)
48. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие
эргономические требования.
49.ГОСТ 12.0.003-2015. ССБТ. Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация
50.СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений
51. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие/ О.Б. Назаренко, Ю.А.
Амелькович; Томский политехнический университет. – 3-е изд., перераб. и доп.
– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 178 с.
52. ГОСТ 12.1.003–2014 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
53. СН 2.2.4/2.1.8.562–96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых,
общественных зданий и на территории застройки.
54. ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума.
Классификация.
55.СП52.13330.2016Естественноеиискусственноеосвещение.
Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*
56. Правила устройств электроустановок – 7-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 2001-
640с.
57. ГОСТ Р 54565-2011 Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Термины и
определения
58.ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда «Пожарная
безопасность. Общие требования» (ред. от 12.09.2018)
59.НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных
установок по взрывопожарной и пожарной опасности