Деление ядер протонами промежуточных энергий В. Г. Вовченко Отчет о ходе выполнения Проекта Декабрь 2006г.

Мотивация Прикладные задачи: создание управляемых ускорителями реакторов (ADS), трансмутация ядерных отходов. Прикладные задачи: создание управляемых ускорителями реакторов (ADS), трансмутация ядерных отходов. Информация о свойствах высоковозбуждённых ядер. Информация о свойствах высоковозбуждённых ядер. Имеющиеся данные по сечениям деления ядер протонами с энергией выше 200 МэВ имеют значительный разброс ( 238 U ) или отсутствуют ( 233 U, 239 Pu ). Имеющиеся данные по сечениям деления ядер протонами с энергией выше 200 МэВ имеют значительный разброс ( 238 U ) или отсутствуют ( 233 U, 239 Pu ).

Основные задачи Разработка методики выделения событий деления ядер Разработка методики выделения событий деления ядер Создание пучков протонов переменной энергии Создание пучков протонов переменной энергии Мониторирование пучков протонов в широком диапазоне интенсивности пучка Мониторирование пучков протонов в широком диапазоне интенсивности пучка Точное измерение толщины мишеней Точное измерение толщины мишеней

Метод Регистрация двух массивных осколков деления в совпадении. Регистрация двух массивных осколков деления в совпадении. Максимально точное определение потока протонов Максимально точное определение потока протонов Критерии отбора: 1) порог регистрации, Критерии отбора: 1) порог регистрации, 2) амплитудный анализ, 2) амплитудный анализ, 3) совпадения. 3) совпадения.

Схема регистрации делительных событий. 1. мишень; 1. мишень; 2. подложка; 2. подложка; 3. крепление мишени; 3. крепление мишени; 4. ППЛС; 4. ППЛС; HV- источник высокого напряжения; HV- источник высокого напряжения; FA- предусилитель; D- формирователь; CDC - преобразователь заряд-код; FA- предусилитель; D- формирователь; CDC - преобразователь заряд-код; CU - схема совпадений. CU - схема совпадений.

Схема эксперимента D - медный поглотитель, BM - отклоняющий магнит, C1, C2 и С3 – коллиматоры, ML1, ML2 – дублеты квадрупольных линз D - медный поглотитель, BM - отклоняющий магнит, C1, C2 и С3 – коллиматоры, ML1, ML2 – дублеты квадрупольных линз

ЕМэВР МэВ/c Интенсивность пучка протонов, с -1 1 дублет 2 дублета - А 2 дублета - Б E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E11 Характеристики протонного пучка Интенсивность протонного пучка переменной энергии (интенсивность пучка с Е р =1000 МэВ равна 3х10 12 с -1

Протонная терапия Цель: расширение спектра болезней, которые лечат с помощью протонной терапии Требования к пучку: Энергия Е=200 МэВ, I= 3·10 8 s -1, D= 4 Гр/мин Транспортировка пучка в зал облучения

Параметры пучка 200 МэВ в зале облучения ( Монте-Карло моделирование) I=8·10 8 р/сек р 0 =643 Mev/c σ/р 0 =3.5 % Поглощенная доза D= 12.6 Гр/мин X-распределение X 0 =-0.09 σ x =2.1 Z – распределение z 0 =0.023 σ z =1.1 P- распределение p 0 =0.642 σ p =0.021 ΔP/P = 7.7%

Схема экспериментальной установки 1 – камера, наполненная гептаном; 1 – камера, наполненная гептаном; 2 – входное окно; 2 – входное окно; 3 – ППЛС; 3 – ППЛС; 4 – мишень; 4 – мишень; S1-S3, C1-C3 – сцинтилляционные счетчики S1-S3, C1-C3 – сцинтилляционные счетчики

Сечения деления ядер (мб) ЭнергияМэВ 239 Pu 237 Np 238 U 235 U ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±113 ЭнергияМэВ 233 U 232 Th 209 Bi ест Pb ± ±90 136±1360,5±3, ± ±91 178±1784±4, ± ±91 207±21110± ± ±61 227±23118,5± ± ±80 233±23127±6, ± ±81 235±23132,5±9, ± ±54 229±23131±8, ± ±58 239±24133,5±7, ± ±85 235±23129±8,5

Энергетическая зависимость сечений деления

Энергетическая зависимость сечений деления 238 U Черные кружки - наши данные, белые кружки - данные других работ, пунктирная кривая - параметризация работы [2], сплошная кривая- результат расчета в рамках каскадно-испарительной модели Черные кружки - наши данные, белые кружки - данные других работ, пунктирная кривая - параметризация работы [2], сплошная кривая- результат расчета в рамках каскадно-испарительной модели

Энергетическая зависимость сечений деления 232 Th

Энергетическая зависимость сечений деления 233 U

Энергетическая зависимость сечений деления 239 Pu

Энергетическая зависимость сечений деления 209 Bi

Энергетическая зависимость сечений деления изотопов урана

Энергетическая зависимость сечений деления изотопов свинца

Зависимость сечений от параметра делимости

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА Впервые единой методикой измерены энеретические зависимости полных сечений деления ядер: 239 Pu, 237 Np, 238,235,233 U, 232 Th, 209 Bi и Cвинца протонами в диапазоне энергий 200–1000 МэВ с шагом 100 МэВ. Впервые единой методикой измерены энеретические зависимости полных сечений деления ядер: 239 Pu, 237 Np, 238,235,233 U, 232 Th, 209 Bi и Cвинца протонами в диапазоне энергий 200–1000 МэВ с шагом 100 МэВ. Расчеты, выполненные в рамках каскадно-испарительной модели с использованием единого для всех ядер набора параметров, позволяют удовлетворительно воспроизвести энергетические зависимости полных сечений деления ядер-актинидов в измеренном диапазоне энергий. Расчеты, выполненные в рамках каскадно-испарительной модели с использованием единого для всех ядер набора параметров, позволяют удовлетворительно воспроизвести энергетические зависимости полных сечений деления ядер-актинидов в измеренном диапазоне энергий. Сечения деления для изотопов урана во всем диапазоне энергий демонстрируют рост сечений при переходе от ядра 238 U к более легким изотопам. Подобная зависимость характерна и для изотопов свинца. Сечения деления для изотопов урана во всем диапазоне энергий демонстрируют рост сечений при переходе от ядра 238 U к более легким изотопам. Подобная зависимость характерна и для изотопов свинца. Полные сечения деления ядер в области насыщения (400–1000 МэВ) являются растущей функцией параметра Z 2 /A мишени только до ядра 233 U, в то время как сечения деления ядер 237 Np и 239 Pu примерно равны сечению деления ядра 235 U. Полные сечения деления ядер в области насыщения (400–1000 МэВ) являются растущей функцией параметра Z 2 /A мишени только до ядра 233 U, в то время как сечения деления ядер 237 Np и 239 Pu примерно равны сечению деления ядра 235 U. На синхроциклотроне ПИЯФ создан пучок протонов переменной энергии от 200 до 1000 МэВ, который может использоваться в целях: На синхроциклотроне ПИЯФ создан пучок протонов переменной энергии от 200 до 1000 МэВ, который может использоваться в целях: 1) прецизионные измерения ядерных констант; 1) прецизионные измерения ядерных констант; 2) изучение зависимости от энергии радиационных дефектов в полупроводниковых приборах и других материалах, применяемых в аэрокосмических аппаратах и ядерных технологиях; 2) изучение зависимости от энергии радиационных дефектов в полупроводниковых приборах и других материалах, применяемых в аэрокосмических аппаратах и ядерных технологиях; 3) лечение больных методикой протонной терапии. 3) лечение больных методикой протонной терапии.

Участники Проекта ПИЯФ РАН ПИЯФ РАН Группа нуклон – ядерных взаимодействий: В.Г. Вовченко, В.В.Поляков, Г.Е.Солякин, О.Я.Федоров, Ю.А.Честнов, А.В.Шведчиков Группа нуклон – ядерных взаимодействий: В.Г. Вовченко, В.В.Поляков, Г.Е.Солякин, О.Я.Федоров, Ю.А.Честнов, А.В.Шведчиков Лаборатория мезоатомов: А.А.Котов, Л.А.Вайшнене, Ю.А.Гавриков, А.И.Щетковский Лаборатория мезоатомов: А.А.Котов, Л.А.Вайшнене, Ю.А.Гавриков, А.И.Щетковский Ускорительный отдел: Г.А.Рябов, Н.К.Абросимов, Е.М.Иванов Ускорительный отдел: Г.А.Рябов, Н.К.Абросимов, Е.М.Иванов Лаборатория радиационной физики: М.Г.Тверской Лаборатория радиационной физики: М.Г.Тверской

Зависимость эффективности регистрации ППЛС осколков деления и альфа-частиц от приложенного напряжения

Кластерное деление