Устройство для сепарации продуктов ядерных реакций Советский патент 1982 года по МПК G01T1/38 G01T7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ПРОДУКТОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ

Изобретение относится к технике эксперимента в ядерной и предназначено для собирания и разделения продуктов ядерных реакций с тяжелыми ионами ядер отдачи. В результате взаимодействия ускоренных тяжелых ионов с ядрами образуется широкий спектр продуктов, обусловленный в основном двумя типами реакций: состав ным ядром и реакциями передачи, причем изучению одного класса реакций, как правило, 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 магнитного спектрометра. Такие систексы имеют хорошую степень очистки одних продуктов реакций от других или от пучка ионов СИ. Однако все они исключительно сложны и имеют низкую эффективность (1-5%), что ограничивает их широкое применение. Известны также простые высокоэффективные устройства собирания продуктов ядерных реакций и отделения их от пучка бомбардируюишх ионов, основанные на торможении ядер отдачи в 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. ядер отдачи перемещают к детекторам радиоактивного излучения и регистрируют распад собранных ядер отдачи. Различие в угловых распределениях продуктов ядерных реакций разных типов привело fc некоторому совершенствованто

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 , поэвопипо снизить фон от реакций передачи при изучении ядер, образующихся при полном слиянии взаимодействующих ядер.

Недостаток таких устройств - малая степень разделения одних продуктов ядер ньк 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 вустройстве 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 м&кщу 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 Ы11битых из мишени ядер отдачи и цилиндра Фарадея 4, Все устройство расположено внутри герметичной камеры, в которой поддерживается давление геллия О,5-5 мм рт. ст..

Согласно моделям составного ядра и вращающейся двойной ядерной системы продукты взаимодействия ядер мишени и налетающих ионов имеют различные угловые и энергетические распределения. Ядра отдачи, вылетающие под заданным углом к направлению пучка ионов (при использовании коллиматоров), имеют вполне определенные энергии, а следовательно, и пробеги в твердом веществе, различающиеся 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, обязаннью соответствующим кинематическим условиям взаимодействия, и таким образом разделить в пространстве одни продукты ядерных реакций от других.

Устройство работает следующим образом.

Пучок ускоренных, ионов взаимодействует с ядрами мишени, продукты ядерных реакций (ядра отдачи) вылетают из мишени. Коллиматоры пропускают часть этих ядер под заданным углом к оси пер$ Бичного пучка (например, в угловом интервале 0-8° содержится около 9О% всех ядер, образующихся 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. ,

J В случае сепарации долгоживущих 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 короткожёвущих 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 расИЬда. В зависимости от скорости вращения дисков приемников и геометрического расположения детекторов определяется период полураспада собранных ядер.

Конструктивно трудно выполнить большую площадь периферии вращающихся дисков из тонкого материала, поэтому

$ диски изготовлены с ребрами жесткости (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 первы (ближний к мишени) диск-маска, которы 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 толщины (Шорников ядер отдачи осуществлен с помощью коллимированных г -источников и детект фов.,оСчастид и основан на уменьшении энергии эталонных оС-частиц вследствие прохождения их Через вещество приемника ядер отдачи. Основные величины, определ5пощие степень разделения ядер - продуктов полного слияния от ядер - продуктов много нуклонных передач, легко вычисляются по кинематическим соотнсипениям для взаимодействующих Ч агь ентов. Работоспособность устройства провезена экспериментально. Изучены пробеги под углом О-15° продуктов ядерных ре«кгийгз9 гг «., гц9 а PU We ВК Ne АЦ Ne . - -. J В опытах использовались мишени тогаииной ЗОО-5ОО мкг/см, энергии ионов песка-22 варьировались в пределах 11О14О МэВ. Между мишенью и набором приемников ядер отдачи размещались кол лиматоры с соотнощением длины к их , диаметру 2,2 и 3,1. Использовались алюминиевые приемники толщиной 13024О мкг/см (от 6 до 15 отдельных элементов). Интегральные потоки ионов, прошедших через мишень, в каждом отдельном опыте составляли 5 1О Ю частиц. Количество зарегистрированных ядер в отдельном приемнике определяется сечением данной реакции, толщиной сборника и его местоположещем в наборе и, как правило, составляло ядер. На фиг. 2 представлены экспериментальные распределения по пробегам коллимированных ядер отдачи составного ядра Rct. . образующегося при взаимодействии ядер неона-22 с холотом-197 (последующим испарением протона и четырех нейтронов) и ядер отдачи продукта реакции многонуклонной передачи PW , образующегося в результате передачи к ядру берклий -24 Э трех протонов при облучении ионами неоиа-22. Степень разделения этих продуктов в данном устройстве составляет 10-5О при ффективности сбора основного продукта 80-9О% и может быть увеличена до 100ЗОО при снижении эффективности собирания в 3-4 раза. Полученная величина разделения является нижней границей, . так как большинство параметров имеют неоптимальные значения. Использование в качестве приемников материалов с меньшим атомным весом уменьшит стрэглинг пробегов ядер отдачи, а применение более жесткой, коллимации уменьшит угловую и энергетическую часть стрэглинга и позволит получить коэффициент разделения от 2ОО до 1ООО. . Данное устройство позволяет проводить не только разделение известных продуктов ядерных реакций, но и идентификацию по массе образующихся продуктов реакции, исходя из их пробегов. Это важно особенно при синтезе новых ядер, когда требуется высокая эффективность сбора и регистрации образующиеся с малым сечением продуктов ядерных реакций. Оценки показывают, что изменение массового числа одного из фрагментов ядерной системы на 1 массовую единицу приводит (для масс ) к изменению пробега продукта реаиош на 501ОО мкг/см , что легко различимо с помощью предлагаемого устрюйства. 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 многонуклонных передач, используя различие в их пробегах. Формула изобретения Устройство для сепарации продуктов ядерных реакций, состоящее из мишени, коллиматора и приемника выбитых из мишени ядер, отличающееся тем, что, с целью повьпиения степени сепарации и увеличения чувствительности устройства, приемник выбитых ядер выполнен из, по крайней мере, двух отдельных элементов, а между 1ишенью и приемниками ядер установлены коллиматоры, причем отдельные элементы приемников

ядер отдачи выполнены в виде геометрически подобных дисков, жестко закрепленных на одной оси, а между дисками, начиная со второго со стороны мишени, расположены детекторы излучения, при этом первый диск снабжен только ребрами жесткости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Suoteir far from sirobieitr Corgetse f976, Ш-76«Г2. P.3, NUsoKc J.K. впЯне( Bepoft Ul

.f