Устройство для сепарации продуктов ядерных реакций

Союз СоветсннхСоцналнстнчесинхРеслублни ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ои 903779(51)М. Кл. 601 Т 1/38 601 Т 7/00 тяпудпрстваипый кпиитет СССР по делен изебретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Объединенныи институт ядерньцс исследований(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ПРОДУКТОВ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙИзобретение относится к технике эксперимента в ядерной физике и предназна чено для собирания и разделения продуктов ядерных реакций с тяжелыми ионами- ядер отдачи.В результате взаимодействия ускорен- ф ных тяжелых ионов с ядрами образуется широкий спектр продуктов, обусловленный в основном двумя типами реакций: составным ядром и реакпиями передачи, причем изучению одного класса реакций, как нрато видо, мешают (создают фон) продукты другого типа реакций.Известны устройства для разделения продуктов ядерных реакций, основанные на использовании комбинапий электрических и/или магнитных полей. Например, одно из них состоит из мишени, ионного источника, ускоряющей системы, электростатического квадрупольного триплета изо магнитного спектрометра. Такие системы имеют хорошую степень очистки одних продуктов реакций от других или от пучкаионов 111 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 в твердом веществе - сборнике. В этих устройствах используется явление так называемой отдачиф; под действием импульса налетающего иона продукты ядерных реакций (ядра отдачи) выбиваются из мишени и собираются в твердотельном сборнике, имеющем обычно толшину, 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 совершенствованию3779 4 3 90метода и позволило провести частичное;разделение продуктов ядерных реакций спомощью устройства, состоящего из мишени, коллиматора ядер отдачи и приемника выбитых из мишени ядер 23, позволило снизить фон от реакций передачипри изучении ядер, образующихся при полном слиянии взаимодействующих ядер,Недостаток таких устройств - малаястепень разделения одних продуктов ядерных реакций от других (низкий коэффициент сепарации), что приводит к низкойчувствительности методики и к плохомусоотношению эффект-фон.Цель изобретения - повышение степени сепарации продуктов ядерных реакцийза счет различия в пробегах ядер отдачизаданного направления и устройства чувствительности.Поставленная цель достигается тем,что вустройстве для сепарации продуктов ядерных реакций, состоящем из мишени, коллиматора и приемника выбитыхиз мишени ядер, приемник выбитых ядервыполнен из, по крайней мере, двух от-,дельных элементов, а между мишенью иприемниками 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 ребрамижесткости.На фиг. 1 схематически изображенопредлагаемое устройство; на фиг. 2 -результаты одного из экспериментов ввиде гистограммы,Устройство состоит из мишени 1, коллиматоров 2 ядер отдачи, приемников 3выбитых из мишени ядер отдачи и ци,пиндра Фарадея 4. Все устройство расположено внутри герметичной камеры, вкоторой поддерживается давление геллия0,5-5 мм рт. ст.Согласно моделям составного ядра ивращающейся двойной ядерной системыпродукты взаимодействия ядер мишени иналетающих ионов имеют различные угловые и энергетические распределения, Ядра отдачи, вылетающие под заданным углом к направлению пучка ионов (при использовании коплиматоров), имеют вполне определенные энергии, а следовательскоо, и пробеги в твердом веществе, различающиеся в зависимости от кинематикиядерного 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 следуюшим образом,Пучок ускоренных, тяжелых ионов взаимодействует с ядрами мишени, продукты ядерных реакций (ядра отдачи) вылетают из мишени. Коллиматорыпропускают 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 короткожйвущих 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 большую плошадь периферии вращаюшихся 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 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 толщины сборников ядер отдачи осуществлен с помощью коллимированных аС -источников и детекторов. в(- частиц и основан на уменьшении энергии эталонных сС-частиц вследствие прохождения их через вещество приемника ядер отдачи.Основные величины, опреденяюшие степень разделения ядер - продуктов по- ного 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 реакций2 Ю аВ е 39 И 497 ИВК+ йе, Рм ф ЮЕ, Дм+ йв,В опытах использовались мишени толщиной 300-500 мкг/см, энергии ионов пескаварьировались в пределах 110- 140 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 130- 240 мкг/см (от 6 до 15 отдельных элементов). Интеграпьные потоки ионов, прошедших через мишень, в каждом отдельном опыте составпяли 5 10У 10 частиц. Количество зарегистрированных ядер в отдельном приемнике определяется сечением данной реакции, толщиной сборника и его местоположезщем в наборе и, как правило, составляло 10-10 е ядер.4На фиг. 2 представлены экспериментальные распределения по пробегам коллимированных ядер отдачи составногоядра 1 о., образующегося при взаимоМ(действии ядер неонас холотом(последующим испарением протона и четырех нейтронов) и ядер отдачи продуктаа 4 ереакции многонуклонной передачи Р,образующегося в рыультате передачи кядру берклий -249 трех протонов приоблучении ионами неона,3779 4Степень разделения этих продуктов вданном устройстве составляет 10-50 приэффективности сбора основного продукта80-90% и может быть увеличена до 100300 при снижении эффективности собирания в 3-4 раза. Полученная величинаразделения явпяется нижней границей,так как большинство параметров имеютнеоптимальные значения. Использование 1 О в качестве приемников материалов сменьшим атомным весом уменьшит стрэглинг пробегов ядер отдачи, а применениеболее жесткой. коллимации уменьшит угловую и энергетическую часть стрэглин га и позволит получить коэффициент раздепения от 200 до 1000.Данное устройство позволяет проводить не только разделение известных ро продуктов ядерных реакций, но и идентификацию но массе образуюшихся продуктовреакции, исходя иэ их пробегов, Это важно особенно цри синтезе новых ядер,когда требуется высокая эффективность 2 з сбора и регистрации образующихся с малым сечением продуктов ядерных реакций. Опенки показывают, что изменениемассового числа одного из фрагментовядерной системы на 1 массовую единицу вэ приводит (для масс - 100) к измененин пробега продукта реакции на 50100 мкг/см, что легко различимо с помощью 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 бретенияУстройство дпя сепарации продуктовядерных реакций, состоящее из мишени,коплиматора и приемника выбитых измишени ядер, о т л и ч а ю ш е е с ятем, что 1 с целью повьппения степени се"парации и увеличения чувствительностиустройства, приемник выбитых ядер выфф полнен иэ, по крайней мере, двух отдельных элементов, а между мишенью и приемниками ядер установлены коллиматоры, причем отдельные элементы приемников7 903779 8ядер отдачи выполнены в виде геометри- Источники информапии,чески подобных дисков, жестко закреп- принятые во внимание при экспертизеленных на одной оси, а между дисками 1, ЬмЮгпеег К Ьос И ие И 3 цФ 1 еиФ оиначиная со второго со стороны мишени, ЮиоВай" уа угоие еФаа 4 Ейу Согревай 676расположены детекторы излучения, приф-И, йЗ, ЙИьске .н, баЯнй Верой ЬЕэтом первый диск снабжен только ребра. Оганесян Ю. П. и др. АЭ, 1970,ми жесткости. т, 28, с. 393 (прототип).903779Составитель С. КондратенкоИ, Николайчук Текред Е.Харитончик Корректор С. Шом едакто аказ 1 /26 Тираж 718 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул; Проектна