6 Исследования по ядерной физике

6 Исследования по ядерной физике
6.1 Исследование взаимодействия нуклонов с малонуклонными системами и
лёгкими ядрами на пучках Московской мезонной фабрики
На установке Двухплечевой Спектрометр (ДС) проведено исследование реакции
nd-развала при энергии первичных нейтронов 20-60 МэВ. В измерениях были
использованы нейтронный пучок канала РАДЭКС и активная сцинтилляционная мишень
C6D6, используемая
одновременно как дейтериевая мишень и
детектор вторичных
протонов. Для определения спектрального состава пучка нейтронов РАДЭКС установлен
детектор-спектрометр нейтронов на основе сцинтиллятора с возможностью разделения
сигналов от нейтронов и гамма-квантов по форме импульса. Модернизация установки ДС
позволила получить одновременно, как данные для определения нейтрон-нейтронной
длины рассеяния, так и сечения реакции квазисвободного рассеяния (КСР) нейтрона на
нейтроне. Разработаны программы обработки, позволяющие выделять события КСР
нейтрона на нейтроне в широкой области энергии нейтрона (20-60 МэВ). Проведена
обработка данных, полученных в сеансе облучения января 2012 г., и получены первые
предварительные данные для выхода реакции КСР нейтрона на нейтроне при энергии
первичных нейтронов 20-40 МэВ.
Рисунок 1 - Предварительные данные для зависимости выхода реакции нейтроннейтронного КСР от длины кинематической кривой S. Углы регистрации нейтронов 1 =
42° и 2 = 56° градусов, энергия первичных нейтронов 20 МэВ, энергия протонаспектатора Ep < 2 МэВ.
Проведены исследования жидких и твёрдых водородосодержащих (1H и
2
H)
сцинтилляторов с возможностью разделения сигналов от нейтронов и гамма-квантов по
форме импульса. Запущена и проверена в эксплуатации аппаратура цифрового анализа
61
формы импульсов (Digital Pulse Processing - DPP). Проведен анализ методов n-разделения
по форме импульса в сцинтилляционных детекторах. Получены сравнительные
характеристики n-разделения для кристалла стильбена и жидких сцинтилляторов (NE213, BC-501, BC-537). Предложены новые параметры и методы, позволившие улучшить
качество разделения.
Подготовлен
проект
эксперимента
по
исследованию
нейтрон-нейтронного
взаимодействия в реакции d+tnn+3He на пучках дейтронов НИИЯФ МГУ и ИЯИ НАН
Украины. Предложен и будет реализован в эксклюзивном эксперименте (детектирование
заряженной частицы 3He и нейтронов взаимодействующих в конечном состоянии - ВКС)
метод регистрации двух нейтронов с помощью одного сцинтилляционного детектора и
аппаратуры DPP. При реализации этого метода будут измерены сечения вылета двух
нейтронов в геометрии ВКС, а также осуществлен поиск связанного или квазисвязанного
динейтрона. Проведено моделирование эксперимента, схема измерений обсуждена с
участниками проекта, подана заявка на грант РФФИ-ГФФИ Украины. Начата
методическая проработка эксперимента на пучке дейтронов с энергией 15 МэВ в НИИЯФ
МГУ.
Результаты проведенных в 2012 г. работ доложены
на ряде международных
конференций.
6.2 Исследование структуры и механизмов взаимодействия слабосвязанных
ядер с ядрами при средних энергиях
Совместно с ФЛЯР ОИЯИ подготовлен проект эксперимента по исследованию
кластерной структуры лёгких слабосвязанных ядер в реакциях квазисвободного и
неупругого рассеяния протона в обратной кинематике (подана заявка на грант РФФИ).
Структура основного состояния будет исследована в реакции квазисвободного рассеяния
протона на кластерах, составляющих
исследуемое ядро (в 6Не это 4Не, 2n или n) в
обратной кинематике при сравнительно низких энергиях налетающих ядер 6He и 6Li (3-10
МэВ/нуклон).
Высоковозбужденные состояния
структура t+t, для 6Li -
3
6
He и 6Li (для 6Не, это может быть
He+t) будут исследованы в реакции неупругого рассеяния
протонов в обратной кинематике при энергии > 20 МэВ/нуклон. В качестве мишеней
будут использованы ядерные фотоэмульсии являющиеся одновременно и мишенью и
детектором вторичных частиц (p, d, t).
Проведенное
моделирование
эксперимента
показало,
что
восстановление
кинематики реакций по данным об энергиях и углах вылета частиц в фотоэмульсии
62
позволят выделить вклады различных каналов реакции и сделать выводы о кластерной
структуре основного и возбужденных состояний исследуемых ядер.
Изучались реакции срыва в системе трёх тел (остов + нуклон + мишень) на основе
дифракционной теории с S- матрицами и волновой функцией ядра-снаряда гауссовского
вида. В аналитическом виде получены дифференциальные сечения реакций срыва нуклона
и срыва остова ядра-снаряда; установлены соотношения между сечениями при различных
предположениях о размере связанной подсистемы остов + нуклон и радиусах
взаимодействия
конституентов
с
ядром-мишенью.
Эти
результаты
являются
существенным дополнением к реалистическим трудоемким расчётам импульсного
распределения наблюдаемых частиц в реакциях срыва нуклона и срыва остова гало ядра
6.3 Разработка методов и аппаратуры низкофоновых измерений гаммаизлучений с использованием германиевых гамма-спектрометров
В отчётном году проводились работы по разработке методов и аппаратуры
низкофоновых измерений гамма-излучений с использованием германиевых гаммаспектрометров.
Разработаны и смонтированы несколько вариантов низкофоновой камеры разной
конструкции
для
германиевого
гамма-спектрометра,
в
которых
использовались
различные варианты материалов пассивной защиты. В качестве германиевого гаммаспектрометра использовались детекторы из особо чистого германия с относительной
эффективностью ε = 30% и 45%. Проведен анализ на содержание U и Th различных
наборов материалов для внешней защиты (железо и свинец) и для внутренней защиты
(медь, олово и вольфрам). Определены их оптимальные толщины. Достигнуто снижение
общего уровня фона камеры с Ge-детектором с ε = 30% с 71 имп/с без защиты до 5.6 имп/с
со свинцовой внешней защитой и 1.15 имп/с с дополнительной внутренней защитой
олово+медь, что соответствует уровням 237, 18.7 и 3.8 имп/с для Ge-детектора с ε = 100%
эффективностью. Для варианта камеры с Ge-детектором с ε = 45% достигнуто снижение
общего уровня фона до 1.49 имп/сек, что соответствует уровню 3.3 имп/с для ε = 100% .
Проведена оценка возможности использования камеры с текущими параметрами
для определения содержания U и Th в некоторых материалах. Получено минимально
определяемое при 24 часовом измерении количество
238
U ~5.10-6 г, а
232
Th ~ 1.10-5 г или
для 50 г образцов, соответственно, 1.10-5 % и 2.10-5 %.
Разработан, изготовлен и испытан макетный образец модуля сцинтилляционного
детектора (размером 500х500х50 мм) для использования его в активной защите от
космического излучения низкофоновой камеры с германиевым гамма-спектрометром. При
63
его размещении над торцевой поверхностью камеры при работе в режиме антисовпадений
с германиевым детектором с ε = 30% достигнуто снижение общего уровня фона камеры до
0.9 имп/с (соответствует уровню 3.0 имп/с при ε = 100%).
Запущена и проверена в эксплуатации система сбора информации на базе
аппаратуры цифрового анализа формы импульсов (Digital Pulse Processing - DPP) фирмы
CAEN при использовании низкофоновой камеры с активной защитой. С помощью этой
аппаратуры проведены измерения фона низкофоновой камеры.
Для обеспечения возможности проведения работ по нейтронно-активационному
анализу на базе камеры для низкофоновых измерений, предложен вариант модернизации
ускорителя электронов ЛУЭ-8-5 с целью его использования в качестве источника
нейтронов. Проведенные исследования и расчеты показали, что максимальная плотность
потока тепловых нейтронов (в центре замедлителя) с использованием ЛУЭ-8 может
составить ~ 2·108-109 н/см2с при выходе быстрых нейтронов 1-5·1010 н/с.
Результаты проведенных в 2012 году работ доложены на трёх международных
конференциях.
6.4 Исследование взаимодействия нейтронов малых энергий с ядрами с
возбуждением коллективных степеней свободы
Исследовалась толщина поверхностного слоя (параметра диффузности) четночетных ядер (как сферических, так и несферических) с
A> 58 из анализа
экспериментальных данных по взаимодействию нейтронов малых энергий с ядрами в
рамках оптической модели со связью каналов.
Изучались различия в поведении зарядового и массового распределения толщины
поверхностного слоя четно-четных ядер в области 58≤A≤250.
Продолжена работа по описанию экспериментальных данных в моделях жёсткого
аксиального и неаксиального ротаторов по различным сечениям взаимодействия
нейтронов с ядром Pt194.
6.5 Разработка основ создания средств аварийной радиационной защиты
третьего поколения (АРЗ_3) и методов испытаний и контроля для повышения
безопасности экологической чистоты ядерной энергетики
На основании ранее сформулированной модели формирования радиационных
поражений дано описание реально наблюдавшихся распределений гамм-доз и активностей
радиоактивного йода, инкорпорированного в щитовидных железах пострадавших при
аварии на атомной подводной лодке. Это – наиболее интересный результат исследования,
подтверждающий адекватность предложенной автором математической модели, и важный
64
для
прогнозирования
последствий
радиационного
воздействия
и
сортировки
пострадавших при тяжелых радиационных авариях
Проведен анализ конструктивного ряда защитных изделий на базе радиационнозащитного комплекта РЗК, разработанного совместно ИЯИ РАН и ОАО «Пожтехсервис».
Даны рекомендации по конструированию радиационно-защитного комплекта Пульсар-Р,
который
должен
обладать
следующими
парциальными
радиационно-защитными
свойствами. Предотвращать субтотальный радиационный ожог, формируемый бета
излучением, понижать дозу проникающего фотонного излучения в области гонад,
тазового пояса и щитоводной железы, предохранять попадание радиоактивной пыли, газов
и аэрозолей в дыхательный и пищеварительный тракт, а также защищать поверхность тела
от радиоактивных загрязнений. Пульсар-Р должен
фильтрующим
противогазом,
самоспасателем,
использоваться с респиратором,
либо
изолирующим
дыхательным
аппаратом. Он должен также быть масло- бензо- и агрессивостойким, в том числе
защищать от боевых отравляющих веществ и компонентов ракетного топлива. Иметь
возможность применения теплоотражательной защиты. Масса комплекта без дыхательной
аппаратуры не более 5,5 кг
Изучались характеристики существующих образцов средств индивидуальной
радиационной защиты и условий их применения. Проведены поисковые работы для
подачи заявки на патент под рабочим названием «Тренажер – дозиметр для пожарных и
спасателей».
Результаты работ, выполненных во втором полугодии 2012 г., указывают на
несоответствие
имеющимися
возможностей
средствами
в
проведения
условиях
текущего
дозиметрического
многофакторного
аварийного
нормативным требованиям радиационной безопасности. Примером тому
контроля
облучения
служит
противоречие между установленным в единицах эффективной дозы (пункт 3.1.2. НРБ99) основным пределом доз и невозможностью его инструментального определения в
аварийных условиях. Это указывает на необходимость поиска приемлемых решений не
только в совершенствовании средств индивидуальной защиты как таковых, но также и в
развитии комплексных путей повышения защищенности личного состава подразделений
ФПС
МЧС России.
Таких как специальное обучение, создание банков данных о
радиационно-гигиенических характеристиках предприятий и территорий, фиксированных
и нефиксированных
загрязнениях, нормативах, определяющих взаимодействие с
ведомственными службами дозиметрического контроля и дезактивации и т.д.
65