Устройство для сепарации продуктов ядерных реакций

 

Союз Советсннх

Социалистических

Реслублни

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()903779 (61 } Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлено 19.08.80 (2l ) 2978486/18-25 с присоединением заявки М (23)Приоритет

Опубликовано 07,02.82. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 09.02.82 (53)М. Кл.

601 Т 1/38

601 Т 7/00

3ЬаударстваиицИ кеиитет

CCCP по делен изебретеиий и открытий

М) УДК 5З9. . 14 (088.8) В. A. Друин

Ю. В. Лобанов, А. Г. Демин, P. Н. Сагайдак, и В. К. Утенков (72 ) Авторы изобретения

Объединенныи институт ядерных исследований (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ПРОДУКТОВ

ЯДЕРНЫХ PEAKUHA

Изобретение относится к технике эксперимента в ядерной физике и предназна« чено дпя собирания и разделения продуктов ядерных реакций с тяжелыми ионамиядер отдачи.

В результате взаимодействия ускоренных тяжелых ионов с ядрами образуется широкий спектр продуктов, обусловленный в основном двумя типами реакций: составным ядром и реакциями передачи, причем изучению одного класса реакций, как црат0 вило, мешают (создают фон} продукты другого типа реакций.

Известны устройства для разделения продуктов ядерных реакций, основанные на использовании комбинаций электрических и/или магнитных полей. Например, одно из них состоит из мишени, ионного источника, ускоряющей системы, электростатического квадрупольного триплета и

20 магнитного спектрометра. Такие системы имеют хорошую степень очистки одних продуктов реакций от других или от пучка ионов L 11

Однако все они исключительно сложны и имеют низкую эффективность (1-5%), что ограничивает их широкое применение.

Известны также простые высокоэффек« тивные устройства собирания продуктов ядерных реакций и отделения их от пучка бомбардирующих ионов, основанные на торможении ядер отдачи s твердом веществе - сборнике. В этих устройствах используется явление так называемой отдачи; под действием импульса налетающего иона продукты ядерных реакций (ядра отдачи) выбиваются из мишени и собираются в твердотельном сборнике, имеющем обычно толщину, во много раз превышающую пробег ядер отдачи. Пучок бомбардирующих ионов проходит через сборник практически без изменения. Сборник ядер отдачи перемещают к детекторам радиоактивного излучения и регистри- руют распад собранных ядер отдачи.

Различие в угловых распределениях продуктов ядерных реакций разных типов привело к некоторому совершенствованию

3779

3 90 метода и позволило провести частичное; разделение продуктов ядерных реакций с помощью устройства, состоящего из мишени, коллиматора ядер отдачи и приемника выбитых из мишени ядер (2), позволило снизить фон от реакций передачи при изучении ядер, образующихся при полном слиянии взаимодействующих ядер.

Недостаток таких устройств - малая степень разделения одних продуктов ядерных реакций от других (низкий коэффициент сепарации), что приводит к низкой чувствительности методики и к плохому соотношению эффект-фон.

Цель изобретения — повышение степени сепарации продуктов ядерных реакций за счет различия в пробегах ядер отдачи заданного направления и устройства чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для сепарации продуктов ядерных реакций, состоящем из мишени, коллиматора и приемника выбитых из мишени ядер, приемник выбитых ядер выполнен из, по крайней мере, двух от-, дельных элементов, а между мишенью и приемниками ядер установлены коллиматоры, причем отдельные элементы приемников ядер отдачи выполнены в виде геометрически подобных дисков, жестко закрепленных на одной оси, а межяу дисками, начиная со второго со стороны мишени, расположены детекторы излучения,, при этом первый диск снабжен ребрами жесткости.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2— результаты одного из экспериментов в виде гистограммы.

Устройство состоит из мишени 1, коллиматоров 2 ядер отдачи, приемников 3 выбитых из мишени ядер отдачи и цилиндра Фарадея 4. Все устройство расположено внутри герметичной камеры, в которой поддерживается давление геллия

0,5-5 мм рт. ст.

Согласно моделям составного ядра и вращающейся двойной ядерной системы продукты взаимодействия ядер мишени и налетающих ионов имеют различные угло вые и энергетические распределения. Ядра отдачи, вылетающие под заданным углом к направлению пучка ионов (при использовании коллиматоров), имеют вполне определенные энергии, а следовательскоо, и пробеги в твердом веществе, различаюшиеся в зависимости от кинематики ядерного взаимодействия. Иными словами, . расположив на пути коллимированных ядер отдачи ряд тонких приемников (поглотителей), можно собрать на каждом из приемников вполне определенные ядра отдачи, обязанные соответствующим кинематическим условиям взаимодействия, и таким образом разделить в пространстве одни продукты ядерных реакций от других.

Устройство работает следующим образом.

Пучок ускоренных, тяжелых ионов взаимодействует с ядрами мишени, продукты ядерных реакций (ядра отдачи) вылетают из мишени. Коллиматоры пропускают часть этих ядер под заданным углом к оси первичного пучка (например, в угловом интервале 0-8 содержится около 90% всех ядер, образуюшихся через составное ядро).

Далее ядра отдачи в соответствии с их энергией тормозятся в тонких твердотельных поглотителях — приемниках ядер отдачи. Прошедший через мишень и приемник пучок ионов регистрируется цилиндром Фарадея.

Предусмотрены два варианта работы.

В случае сепарации долгоживуших продуктов ядерных реакций (период полураспада больше минуты) отдельные приемники демонтируются из устройства и переносятся к детекторам радиоактивного излучения. Во втором варианте как сепарация, так и регистрация короткоживущих нуклидов (время жизни меньше часа) производится в одном устройстве. В этом приемнике устройство дополнительно содержит привод перемещения сборников ядер отдачи и детекторы радиоактивного излучения. При этом приемники ядер отдачи выполнены в виде одинаковых дисков, которые геометрически подобны в расположении и жестко закреплены на одной оси с возможностью вращательного движения. В пространстве между дисками приемника (свободном от проходящего пучка ионов), начиная со второго, расположены детекторы излучения. Этот вариант обеспечивает одновременно с сепарацией продуктов ядерных реакций регистрацию их радиоактивного распада. В зависимости от скорости вращения дисков приемников и геометрического расположения детекторов определяется период полурас» нада собранных ядер.

Конструктивно трудно выполнить бол шую плошадь периферии вращающихся дисков из тонкого материала, поэтому диски изготовлены с ребрами жесткости

C (спицами), а в окнах между ними закреплены тонкие приемники. При вращении дисков в ребрах жесткости, пересекаюших пучок ядер отдачи, тормозятся ядра отдачи с любыми пробегами. Для подавления этого эффекта предусмотрен первый (ближний к мишени) диск-маска, который имеет ребра жесткости, геометрически подобные ребрам жесткости последующих дисков, и не несет на себе тонкого приемника ядер отдачи. Разделение и сбор продуктов ядерных реакций происходит на дисках, начиная со второго.

Контроль толшины сборников ядер отдачи осуществлен с помощью коллимированных оС -источников и детекторов. в<частиц и основан на уменьшении энергии эталонных оС-частиц вследствие прохождения их через вещество приемника ядер отдачи.

Основные величины, определяющие степень разделения ядер - продуктов попного слияния от ядер - продуктов многонуклонных передач, легко вычисляются по кинематическим соотношениям для взаимодействующих фрагментов.

Работоспособность устройства провеэена экспериментально. Изучены пробеги под углом 0-15 продуктов ядерных ре;акций

2Ю Ы R39 м ба в.

В + Ne, Рм Ne, Дм+ йв, В опытах использовались мишени толщиной 300-500 мкг/см, энергии ионов песка-22 варьировались в пределах 110140 МэВ. Между мишенью и набором приемников ядер отдачи размещались коллиматоры с соотношением длины к их, диаметру 2,2 и 3,1. Использовались. алюминиевые приемники толщиной 130240 мкг/см (от 6 до 15 отдельных элементов). Интеграпьные потоки ионов, прошедших через мишень, в каждом отдельном опыте составляли 5 ° 10

tlat

10 частиц. Количество зарегистрированных ядер в отдельном приемнике определяется сечением данной реакции, толщиной сборника и его местоположением в наборе и, как правило, составляло 10 -10 ядер.

На фиг. 2 представлены экспериментальные распределения по пробегам коллимированных ядер отдачи составного ядра R, образующегося при взаимоМ< действии ядер неона-22 с холотом-197 (последующим испарением протона и четырех нейтронов) и ядер отдачи продукта

М4 е реакции многонуклонной передачи w образующегося в рыультате передачи к ядру берклий -249 трех протонов при облучении ионами неона-22, 3779 4

Степень разделения этих продуктов в данном устройстве составляет 10-50 при эффективности сбора основного продукта

80-90% и может быть увеличена до 100300 при снижении эффективности собирания в 3-4 раза. Полученная величина разделения является нижней границей, так как большинство параметров имеют неоптимальные значения. Использование

16 в качестве приемников материалов с меньшим атомным весом уменьшит стрэглинг пробегов ядер отдачи, а применение более жесткой. коллимации уменьшит уг» ловую и энергетическую часть стрэглин15 га и позволит получить коэффициент разделения от 200 до 1000.

Данное устройство позволяет проводить не только разделение известных

jo продуктов ядерных реакций, но и идентификацию цо массе образующихся продуктов реакции, исхода иэ их пробегов. Это важно особенно нри синтезе новых ядер, когда требуется высокая эффективность

25 сбора и регистрации образуюшихся с малым сечением продуктов ядерных реакций. Опенки показывают, что изменение массового числа одного из фрагментов ядерной системы на 1 массовую единицу у приводит (для масс 100) к изменению пробега продукта реакции на 50100 мкг/см, что легко различимо с поR мошью предлагаемого устройства.

Таким образом, с помощью данного устройства при высокой эффективности сбора продуктов ядерной реакции надежно разделяются (отделяются) продукты реакций полного слияния от реакций многонуклонных передач. При дальнейшем развитии устройства можно идентифицировать по массе продукты многоиуклонных передач, используя различие в их пробегах..

Формула изо бретения

Устройство дпя сепарации продуктов ядерных реакций, состоящее из мишени, коллиматора и приемника выбитых из мишени ядер, о т л и ч а ю ш е е с s тем, что, с целью повышения степени сепарации и увеличения чувствительности устройства, приемник выбитых ядер выполнен иэ, по крайней мере, двух отдель» ных элементов, а между мишенью и приемниками ядер установлены коллиматоры, причем отдельные элементы приемников

7 903779 8 ядер отдачи выполнены в виде геометри- Источники информации, чески подобных дисков жестко закреп принятые so внимание при экспертиае ленных на одной оси, а между исками, 1 ° Q SruSLev 3. ЬоС И ЬЕ И! ЙФ Low ou начиная со второго со стороны мишени, NuttLeb" уа yrovn steake4ty Corgreet e 676 расположены детекторы излучения, при > <<->< é, р. 3, ййьске J.í, ВайнИ Иеной tSL этом первый диск снабжен только ребра- 2. Оганесян Ю. U. и др. АЭ, 1970, ми жесткости. т. 28, с. 393 (прототип).

903779

Составитель С. Кондратенко

Редактор И. Николайчук Текред E.Харитончик Корректор С. Шомак

Эаказ 104/26 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул; Проектная, 4