Группа физики экзотических ядер Д.М.Селиверстов Состав: 22 сотрудникa Вед. научный сотр.2 Вед. научный сотр.2 Ст. научный сотр.61 - 0.5 Ст. научный сотр.61. - презентация

1 Группа физики экзотических ядер Д.М.Селиверстов Состав: 22 сотрудникa Вед. научный сотр.2 Вед. научный сотр.2 Ст. научный сотр Ст. научный сотр Научный сотрудник2 Научный сотрудник2 Мл. научный сотр Мл. научный сотр Вед. инженер Вед. инженер Рабочие Рабочие _____________________________________________

2 Направления исследований ГФЭЯ. 1. Измерения масс экзотических нуклидов (GSI). Ю.Н.Новиков, Г.К.Воробьев, С.А.Елисеев 2. Эксперименты на ускорителе К-130 в Ювяскюля, Финляндия. Ю.Н.Новиков, А.В.Попов, Л.Х.Батист, Г.К.Воробьев, С.А.Елисеев 3. Исследование свойств ядер вблизи дважды магического 100 Sn. Л.Х.Батист 4. Фрагментация ядер. Ф.Г.Лепехин, Л.Н.Андроненко, М.Н.Андроненко, Л.Н.Ткач. 5. Разработка методов инкапсулирования ядерных отходов. (Проект МНТЦ 2391). Ю.Н.Новиков, В.И.Тихонов, Ю.И.Гусев, В.С.Гусельников, Т.В.Конева, В.К.Капустин Ю.Н.Новиков, В.И.Тихонов, Ю.И.Гусев, В.С.Гусельников, Т.В.Конева, В.К.Капустин 6. Тестовый эксперимент с прототипом детектора CASTOR на пучке SPS в CERN. Д.М.Селиверстов, Ю.И.Гусев, НПО «Электрон» 7. Протонная терапия. Д.Л.Карлин, В.В.Лысенко, В.И.Лазарев, М.В.Жидков, Ю.А.Малов

3 Измерения масс экзотических нуклидов (GSI). Завершена подготовка к экспериментам по прецизионному измерению масс (полных энергий связи) ядер сверхтяжелых элементов на ионной ловушке SHIPTRAP. Завершена подготовка к экспериментам по прецизионному измерению масс (полных энергий связи) ядер сверхтяжелых элементов на ионной ловушке SHIPTRAP. В реакции 48 Ca+ 208 Pb идентифицирован и охлажден в ионной ловушке нуклид с Z=102 ( 254 No). Выход изотопа на уровне 2 иона в минуту достаточен для прецизионного измерения массы. В реакции 48 Ca+ 208 Pb идентифицирован и охлажден в ионной ловушке нуклид с Z=102 ( 254 No). Выход изотопа на уровне 2 иона в минуту достаточен для прецизионного измерения массы. НОВЫЕ ПРОЕКТЫ Предложение ультра-прецизионного измерения масс нуклидов, ориентированного на определение массы электронного нейтрино на установке HITRAP в ГСИ. Предложение ультра-прецизионного измерения масс нуклидов, ориентированного на определение массы электронного нейтрино на установке HITRAP в ГСИ. Проект FaNtOME на установках MATS и HITRAP комплекса FAIR в Дармштадте. Проект FaNtOME на установках MATS и HITRAP комплекса FAIR в Дармштадте.

4 Эксперимент по 254 No на SHIPTRAP (GSI)

5 Проект «FaNtOME» a Facility for Neutrino Oriented Mass Exploration at GSI and FAIR S.Eliseev, presented at nMass 2007 Workshop, Genoa, Italy

6

7 Измерения масс ядер на пути астрофизического rp-процесса (этап 2007 года) Завершена обработка данных предыдущих экспериментов на изохронном циклотроне К-130 по измерению 20 масс нуклидов элементов от Y(Z=39) до Pd (Z=46) с точностью 5* Впервые прямым методом измерена масса высоковозбужден- ного (1.86 МэВ) изомерного состояния ( 95m Pd) со спином (21/2 + ). Готовится публикация Завершена обработка данных предыдущих экспериментов на изохронном циклотроне К-130 по измерению 20 масс нуклидов элементов от Y(Z=39) до Pd (Z=46) с точностью 5* Впервые прямым методом измерена масса высоковозбужден- ного (1.86 МэВ) изомерного состояния ( 95m Pd) со спином (21/2 + ). Готовится публикация Подготовлен и проведен в декабре 2007 года эксперимент по измерению масс нуклидов за пределами замкнутого rp - цикла Sn-Sb-Te Подготовлен и проведен в декабре 2007 года эксперимент по измерению масс нуклидов за пределами замкнутого rp - цикла Sn-Sb-Te

8 Terminal part of the rp – process path.

9 Холодная газовая ячейка с радиочастотным транспортом для получения ионов 229m Th Изготовление и тест охлаждаемой ячейки с радиочастотным транспортом ионов.

10 Времяпролетный спектрометр атомов отдачи 2007 г. Расчет и создание ионной оптики 2007 г. Расчет и создание ионной оптики Изготовление и проверка TOF - сборки детекторов Изготовление и проверка TOF - сборки детекторов

11 Планы на 2008 год GSI: 1. Прямое измерение масс трансурановых нуклидов, включая сверхтяжелые. 2. Работа над проектом прецизинной масс- спектрометрии, ориентированной на определение массы нейтрино в процессе захвата ядром электрона (в рамках проектов FaNtOME и HITRAP). 3. Участие в R&D нового проекта MATS в будущем комплексе FAIR. Университет Ювяскюля (JYFL): Измерения масс нейтроноизбыточных экзотических ядер в районе свинца

12 JYFLTRAP+TAGS

13 Разработка методов внедрения долгоживущих радионуклидов в углеродную матрицу для их хранения и трансмутации. Создана универсальная термически, радиационно и химически устойчивая углеродная матрица для хранения и трансмутации долгоживущих радиоактивных нуклидов: редкоземельных и трансурановых элементов, а также 129 I и 99 Tc. Главные отличия от существуюших матриц: Внедрение радионуклидов происходит на молекулярном уровне. Атом радионуклида вводится в состав молекулы дифталоцианина, C 64 H 32 N 16 Me. После пиролиза такая молекула превращается в замкнутую углеродную ячейку с атомом радионуклида внутри. Внедрение радионуклидов происходит на молекулярном уровне. Атом радионуклида вводится в состав молекулы дифталоцианина, C 64 H 32 N 16 Me. После пиролиза такая молекула превращается в замкнутую углеродную ячейку с атомом радионуклида внутри. Матрица не содержит легко активируемых нейтронами элементов. Матрица не содержит легко активируемых нейтронами элементов. Основные характеристики: содержание радионуклида в матрице вес. %. содержание радионуклида в матрице вес. %. термостабильность выше 1200 о С (требования ГОСТа и стандартов МАГАТЭ – не ниже 550 о С) термостабильность выше 1200 о С (требования ГОСТа и стандартов МАГАТЭ – не ниже 550 о С) Химическая устойчивость к выщелачиванию в водных растворах на 3-4 порядка выше, чем допустимо по ГОСТу. Химическая устойчивость к выщелачиванию в водных растворах на 3-4 порядка выше, чем допустимо по ГОСТу. Радиационная устойчивость матрицы характеризуется изменением параметров термостабильности и выщелачивания после облучения. Как видно из рисунков, после облучения в потоке нейтронов реактора ВВР-М ( интегральный поток ~10 19 н/см 2, интегральная доза облучения ~10 8 Грей) эти параметры практически не изменились. Радиационная устойчивость матрицы характеризуется изменением параметров термостабильности и выщелачивания после облучения. Как видно из рисунков, после облучения в потоке нейтронов реактора ВВР-М ( интегральный поток ~10 19 н/см 2, интегральная доза облучения ~10 8 Грей) эти параметры практически не изменились. Технология иммобилизации РАО в углеродной матрице этим способом представляется достаточно простой, исходные реагенты недороги, радиационная, термическая и химическая устойчивость намного превышает требования ГОСТа и Стандартов МАГАТЭ (в особенности, для РЗЭ И ТУЭ), а матрица может использоваться как для длительного хранения долгоживущих, в том числе высокоактивных РАО, так и для их возможной (в будущем) трансмутации без какой-либо специальной подготовки. Технология иммобилизации РАО в углеродной матрице этим способом представляется достаточно простой, исходные реагенты недороги, радиационная, термическая и химическая устойчивость намного превышает требования ГОСТа и Стандартов МАГАТЭ (в особенности, для РЗЭ И ТУЭ), а матрица может использоваться как для длительного хранения долгоживущих, в том числе высокоактивных РАО, так и для их возможной (в будущем) трансмутации без какой-либо специальной подготовки. Для практического использования этой методики необходимо: специальное радиохимическое оборудование (горячие камеры), специальное радиохимическое оборудование (горячие камеры), дополнительное финансирование и привлечение специалистов разного профиля. дополнительное финансирование и привлечение специалистов разного профиля.

14 Испытание термостабильности при нагревании в вакууме Испытание термостабильности при нагревании в вакууме Выход из углеродной матрицы, % a) I b) Eu, 241 Am, 99 Tc c) - изотопов Eu до и после облучения нейтронами облучения нейтронами d) - изотопов Cs, Yb, Eu, Am и Y после облучения нейтронами после облучения нейтронами (интегральный поток ~ н/см 2, радиационная доза ~ 10 8 Гр)

15 Химическая устойчивость матрицы при вымывании радионуклидов водой а) – скорость вымывания (коэффициент выщелачивания) 241 Am из углеродной матрицы до и после облучения нейтронами (10 19 н/см 2 ) b) – скорость вымывания 152 Eu из порошка углеродной матрицы с различными размерами частиц в порошковой фракции различными размерами частиц в порошковой фракции c) – скорость вымывания 125 I из углеродной матрицы углеродной матрицы

16 CASTOR 2007 Прототип детектора CASTOR исследовался в августе – сентябре 2007 года на пучке H2 ускорителя SPS, ЦЕРН. Калориметр азимутально симметричен вокруг пучка и расположен на расстоянии 14385мм от точки пересечения. Перекрываемый интервал углов: 5.15 η Состоит из электромагнитной (32 канала) и адронной (192 канала) частей. Прототип детектора CASTOR исследовался в августе – сентябре 2007 года на пучке H2 ускорителя SPS, ЦЕРН. Калориметр азимутально симметричен вокруг пучка и расположен на расстоянии 14385мм от точки пересечения. Перекрываемый интервал углов: 5.15 η Состоит из электромагнитной (32 канала) и адронной (192 канала) частей.

17 CASTOR 2007 Схема прототипа детектора: Поглотитель: вольфрам, активная среда: кварц, расположены под углом 45º Толщина пластин: EM часть – 5 W пластин по 5 мм и 5 Q пластин по 2 мм H часть – 5 W пластин по 10 мм и 5 Q пластин по 4 мм H часть – 5 W пластин по 10 мм и 5 Q пластин по 4 мм Электромагнитная часть: 2 секции на входе, ~ 20 радиационных длин Адронная часть: 12 секций после ЭМ части.

18 CASTOR 2007 Тест проводился на пучке электронов с E= ГэВ, а также на пучке пионов с E= ГэВ. Проведен тест прототипа калориметра на энергетическую линейность, наличие утечек развивающегося ливня, а также сделана оценка разрешения.

19 Множественное образование двухзарядных фрагментов при фрагментации релятивистких ядер. ядроk σkσkσkσk σ exper 10 B ± B ± N ± Ne ± ± ± ± Mg ±0.3 В таблице для наборов событий с испусканием двух и более двухзарядных фрагментов приведены ожидаемые величины стандартного распределения суммы углов φ для 2, 3, 4, и 5 фрагментов при независимом их испускании, а также их экспериментальные оценки. Исследованы угловые характеристики событий с двумя и более двухзарядными фрагментами релятивистких ядер 22 Ne, 24 Mg, 14 N, 11 B, 10 B в фотоэмульсии. Инклюзивные угловые распределения фрагментов ядер при числе частиц от одного до пяти. Таким образом, угол вылета каждого фрагмента релятивисткого ядра не зависит не только от других фрагментов, но и от наличия или отсутствия рожденных частиц и фрагментов ядра мишени в событии. Эти данные опровергают утверждение о происхождении фрагментов релятивисткого ядра в результате распада возбужденного ядра.

20 Протонная терапия 141 пациент за период с 2002 до 2007г. Расходы из бюджета ОФВЭ: Материалы: ( оргстекло) - 50 тыс. рублей Электроника (комплектующие ) - 25 тыс. рублей Всего - 75 тыс. рублей

21 Протонная терапия

22 Распределение поглощенной дозы в водяном поглотителе для нового медицинского пучка с энергией 200 МэВ.

23 Новые проекты 1.R&D нового позитрон-эмиссионного томографического сканера на основе кристаллов BaF 2 в сотрудничестве с ЦНИИРИ. Преимущества использования BaF 2 : + Быстродействие – время высвечивания 0.8 нсек для компоненты 200 нм + Меньшая стоимость (~ 10 раз) по сравнению с предлагаемыми в настоящее время кристаллами LSO. Недостатки использования BaF 2 : - Меньшая плотность (5,14) г/см 3 по сравнению с LSO ( 7,2 ) г/см 3 и, соответственно, меньшая эффективность регистрации E γ =511кэВ. - Трудность создания детектора UV излучения для λ=200 нм. В соответствии с концепцией развития медицинской физики в России планируется создание 30 новых центров ПЭТ общей стоимостью 30 млрд. рублей. Преимуществом ПИЯФ является: a)участие в проекте совместно с ЦНИИРИ – головной организацией по ПЭТ технологиям. b)участие в создании Sr – Rb генераторов для ПЭТ 2.Участие в создании нового диагностического центра на основе использования поляризованного 3 He

24 Список докладов ГФЭЯ за 2007 год. 1. С.А.Елисеев A new cryogenic gas-filled stopping chamber for SHIPTRAP, Electro-Magnetic Isotope Separator (EMIS-2007) International Conference in Deauville, France Yu. N. Novikov Neutrino mass from electron capture Workshop NeuMa at GSI, March 8-9, Yu. N. Novikov Towards neutrino mass determination by electron capture NuMass-07- international workshop in Genova, Italy, July , S.A.Eliseev FaNtOME – a Facility for neutrino oriented mass exploration at GSI. NuMass-07- international workshop in Genova, Italy, July 19-20, V. I. Tikhonov The carbon matrices made of pyrolised Bis- Phtalocyanines as a base for encapsulations of long-lived nuclides of Iodine, Technetium and Minor Actinides International Conference ICEM07 in Brugge, Sept.2-7, В.И.Тихонов. Новый углеродный материал для хранения и трансмутации долгоживущих радионуклидов 11 й Международный семинар Российские технологии для индустрии Санкт Петербург, Ноября, 2007 г.

25 Публикации 2007 года (начало) 1. S. Eliseev, M. Block, … G. Vorobjev et al. Extraction efficiency and extraction time of the SHIPTRAP gas-filled stopping cell Nucl. Instr. Meth. B258 (2007) S. Eliseev, M. Block, … G. Vorobjev et al. Octupolar excitations of ions stored in a Penning trap mass spectrometer Int. J. Mass Spectrometry 262 (2007) A. Chaudhuri, M. Block, S. Eliseev, … G. Vorobjev et al. Carbon-clusters mass calibration at SHIPTRAP Int. J. Mass Spectrometry 251 (2007) M. Block, S. Eliseev, … G. Vorobjev et al. Towards direct mass measurements of nobelium at SHIPTRAP Europ. Phys. J. D45 (2007) H.-J. Kluge and Yu. N. Novikov New Promises for the determination of the neutrino mass? Nucl. Phys. News, 17 (2007) 4, Y. Gusev, V. Lukianov, G. Mamaeva, Y. Mousienko, D. Seliverstov at al. Radiation-hard photodetectors on fine-mesh phototube for calorimetry in very forward rapidity NIM A581 (2007) O. Kavatsyuk,…L. Batist at al. Beta decay of 101 Sn Eur. Phys. J. A31(2007) E. Roeckl, I. Mukha, L. Batist at al. One proton and two proton Radioactivity of the (21+) isomer in 94 Ag Acta Phys. Pol. B38, 1121 (2007) 9. Guseva I. S., Gusev Yu. I. Rotation of nuclear system in trajectory calcula- tions. Proceedings of XIV International Sem. ISINN-14, Dubna, 2007,p

26 Публикации 2007 года (продолжение) 10. I.S.Guseva and Yu. I. Gusev. A Shift of the Angular Distribution of Light Charged Particles Due to the Rotation of the Fissioning Nucleus. Bulletin of the Russin Academy of Sciences: Physics, 2007, v.71,.3, p Allerton Press, Inc., И. С. Гусева, Ю. И. Гусев «Сдвиг углового распределения легких заря- женных частиц, обусловленный вращением делящегося ядра». Изв. РАН, сер. физ., т.71, 3, с. 382, F.Goennwein, M.Mutterer, A.Gagarski, I.Guseva, … Yu.Gusev, at al. Rotation of the compound nucleus 236 U* in the fission reaction 235 U(n,f) induced by cold polarised neutrons. Phis.Lett.B 652 (2007) p M. N. Andronenko, L. N. Andronenko and W. Neubert Isotope ratios and isoscaling of spallation products in p(1GeV)+A reactions Eur. Phys. J. A31(2007) Ф.Г. Лепехин Некоторые особенности фрагментации релятивисткого ядра 11 B в фотоэмульсии Я.Ф. 70 (2007) с Ф.Г. Лепехин Вторичные взаимодействия в струях свинца с энергией 160 ГэВ/A в фотоэмульсии Препринт ПИЯФ 2726, (2007) 14с. 16. Ю. Н. Сазанов, … В. С. Гусельников Термохимические аспекты вза- имодействия полиамидных композиций с органическими сорбентами Журнал Прикладной Химиии 80 (2007) Вып. 8, с – 1345.