Экспериментальное исследование корреляционных характеристик продуктов деления 252\Сf и поиск аномальных ядер с помощью низкофонового комбинированного детектора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Видякин, Георгий Станиславович

• Видякин, Георгий Станиславович
• 1984

Оглавление диссертации Видякин, Георгий Станиславович

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. КОМБИНИРОВАННЫЙ ДЕТЕКТОР.

§ I. Общее конструктивное решение комбинированного детектора

§ 2. Регистрирующие элементы комбинированного детектора а) Нейтронный детектор и пропорциональные нейтронные счетчики б) Жидкостный сцинтилляционный детектор. в) Газовый сцинтилляционный детектор. г) Органические сцинтилляционные пластины (активная защита)

§ 3. Принцип работы комбинированного детектора, его фоновые характеристики и эффективность.

§4. Возможные области применения комбинированного детектора:.О а) корреляционные эксперименты с делящимися веществами. б) эксперименты по поиску аномальных состояний ядерного вещества. в) применение комбинированного детектора для исследования взаимодействия реакторных антинейтрино с веществом

Глава П. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ С 2526f

§ I. Постановка эксперимента.

§ 2. Результаты измерений

§ 3. Обсуждение результатов

Глава Ш. ПОИСК АНОМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ЯДЕРНОГО ВЕЩЕСТВА В МИШЕНЯХ, ОБЛУЧЕННЫХ РЕЛЯТИВИСТСКИМИ

ПРОТОНАМИ.

§ I. Постановка эксперимента

§ 2. Результаты измерений

§ 3. Обсуждение результатов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование корреляционных характеристик продуктов деления 252\Сf и поиск аномальных ядер с помощью низкофонового комбинированного детектора»

Современная физика предъявляет высокие требования к фону и эффективности экспериментальных установок, кроме того часто весьма существенным является число одновременно регистрируемых параметров исследуемого процесса. К таким задачам относятся, например, исследование корреляционных характеристик продуктов распада делящихся элементов, поиск аномальных состояний ядерной материи, изучение взаимодействия нейтрино с веществом и другие экспериментальные задачи, связанные с регистрацией редких процессов.

Для этих целей был создан комбинированный детектор, состоящий из трех независимых и одновременно работающих детекторов, конструктивно объединенных друг с другом. Этот детектор обладает хорошими фоновыми характеристиками, высокой чувствительностью и в принципе позволяет одновременно измерять три параметра исследуемого процесса и изучать корреляции между ними. Другими словами, на комбинированном детекторе можно вести трехмерный анализ исследуемого процесса, что позволяет получить более полную информацию о нем. Число и тип одновременно работающих детекторов может меняться в зависимости от требований конкретного эксперимента и, следовательно, установка может быть применена для решения довольно широкого круга экспериментальных задач.

На этом детекторе был выполнен эксперимент по исследованию корреляционных характеристик продуктов спонтанного деления 252^ В эксперименте впервые были получены вероятности образования в одном акте деления девяти и десяти нейтронов, исследованы дисперсии и корреляционные зависимости между кинетической энергией осколков, числом образовавшихся нейтронов и энергией мгновенных гамма-квантов.

На комбинированном детекторе были также проведены эксперименты по поиску метастабильных аномальных ядер в мишенях, облученных релятивистскими протонами. Получены оценки на верхний предел сечения образования таких ядер и зарегистрировано долгоживущее гамма-излучение в энергетическом диапазоне 4+9 МэВ.

В настоящей работе приводятся эти эксперименты и анализируются полученные результаты. Диссертация состоит из трех глав. В первой главе описывается конструкция, принцип работы, характеристики и возможные области применения комбинированного детектора. Во втор со рой - изложен корреляционный эксперимент с Cf , полученные результаты и их анализ. В третьей главе представлены эксперименты по поиску метастабильных аномальных ядер в мишенях, облученных релятивистскими протонами, приводятся результаты и их обсуждение.

Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в работах /1,2,3,4/.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Видякин, Георгий Станиславович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перечислим коротко основные результаты этой работы.

1. Разработан и создан комбинированный детектор, который может состоять из трех или двух одновременно работающих детекторов различного типа, что позволяет исследовать корреляционные характеристики изучаемого процесса. Этот детектор обладает высокой нейтронной эффективностью, достигающей для центральнорасположенного источника нейтронов спектра деленияИсследование его фоновых характеристик показало, что в принципе могут быть реализованы фоновые уст ловия эксперимента, достигающие -0.007 имп.сек для нейтронной составляющей фона и -0.3 имп.сек"! црИ ^ I МэВ или - 0.008 имп.сек"1 при 2 МэВ для гамма-фона.

Показано, что высокая эффективность, хорошие фоновые характеристики и возможность одновременного измерения нескольких параметров изучаемого процесса позволяют применить комбинированный детектор для довольно широкого круга экспериментальных задач, в особенности связанных с регистрацией редких процессов.

2. На комбинированном детекторе был проведен эксперимент по изучению корреляционных характеристик продуктов деления L-j . Специально для этого эксперимента был разработан газовый сцинтил-ляционный детектор, эффективность которого к осколкам деления составила не менее 99,8%. Эксперимент был нацелен, главным образом, на поиск гипотетических сверхплотных ядер среди осколков деления по энергетическим корреляциям осколков, нейтронов и мгновенных гамма-квантов. Верхняя граница выхода осколков в сверхплотном состоянии на один акт деления была оценена величиной, не превышаю

7 -fi щей ~10 для стабильных сверхплотных ядер и ~ 4.10 для метастабильных сверхплотных ядер.

Кроме того, были получены результаты , представляющие интерес с точки зрения физики деления ядра. Так, впервые были измерены вероятности образования в одном акте деления девяти ( Рэ = (1.95+

А Й

0.37).10" ) и десяти {Bo =(4,4+3,5).10) нейтронов, получены зависимости средних энергий осколков и гамма-квантов от числа образовавшихся нейтронов, в широком диапазоне кинетической энергии осколков измерены среднее число нейтронов, дисперсии их распределений и параметр IZ , впервые получен спектр суммарной энергии, уносимой осколками и нейтронами, и найдена его дисперсия (' (э* = = (87+9) МэВ"). По результатам этого эксперимента и литературным данным была сделана оценка дисперсии распределения полной энергии ( ), реализующейся цри делении Показано, что р р ее вежчина может находиться в интервале от 75 МэВ до 95 МэВ".

3. Представлены результаты экспериментов на комбинированном детекторе по поиску аномальных состояний ядерного вещества в мишенях, облученных релятивистскими протонами. Методика этих экспериментов была основана на наблюдении нейтронной и гамма-активностей облученных мишеней в предположении, что время жизни гипотетических сверхплотных ядер более года.

Наименьшая оценка верхней границы сечения образования таких

-37 ? ядер достигает <-4.10 см .

4. В этих экспериментах было зарегистрировано необычно долго-живущее гамма-излучение в энергетическом диапазоне 4+9 МэВ. Природа этого излучения пока не ясна. Сечение образования излучателей с энергией гамма-квантов, превышающей 6 МэВ, оценивается величиной 34 2 см для свинцовой мишени, облученной 70 ГэВ протонами,

OD р и — 1,7.10 см для мишени из вольфрама, облученной 400 ГэВ протонами.

В предположении, что источниками этого гамма-излучения являются ядра -изомеры формы,был проделан иллюстративный расчет времени жизни таких ядер в зависимости от параметра деформации и мультипольности излучения для ядер с различным числом нуклонов. Показано, что существует очень сильная зависимость времени жизни от деформации ядра и порядка излучаемого мультиполя и что возможными источниками наблюдаемого в эксперименте излучения скорее всего являются достаточно тяжелые ядра с А* 200.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю этой работы, кандидату физико-математических наук В.П.МАРТЕМЫНОВУ, члену-корреспонденту АН ССОР И.И.ГУРЕВИЧУ за постоянное внимание к работе и полезные обсуждения, кандидату физико-математических наук Ф.Е.ЧУКРЕЕВУ за оказанное содействие в поисках интерпретации результатов, доктору физико-математических наук И.М.ПАВЛЙЧЕНКОВУ за ценные советы и большую помощь в проведении расчетов, Ю.С.ЛЮТОСТАНСКОМУ за полезные обсуждения, кандидату физико-математических наук И.К.ШВЕЦОВУ за большую помощь в изготовлении источника , А.П.БУГ0РСК0

МУ за оказанное содействие при облучении мишеней релятивистскими протонами, И.В.ПАНОВУ и А.И.КИРЕЕВУ за помощь в работе по подготовке экспериментов, доктору физико-математических наук А.А.ПОМАН-СКОМУ за предоставленную возможность проведения экспериментов в условиях Баксанской Нейтринной Обсерватории, сотрудникам БНО Е.Л.КОВАЛЬЧУКУ и А.А.СМОЛЬНИКОВУ за помощь в проведении этих экспериментов, а также соавторам всех экспериментов В.Н.ВЫРОДОВУ , Б. Ф.КИРИЛЛОВУ, Ю.В.КОЗШВУ, С.В.СУХОТИНУ, В.Г.ТАРАСЕНКОВУ, C.X.XJOT-ЛОВУ.

- 58

Список литературы диссертационного исследования Видякин, Георгий Станиславович, 1984 год

1. Видякин Г.С., Выродов В.Н., Кириллов Б.Ф., Козлов Ю.В., Мартемьянов В.П., Сухотин С.В., Тарасенков В.Г., Хакимов С.Х. "Комбинированный детектор". Препринт ИАЭ-3367/14, 1980.

2. Видякин Г.С., Мартемьянов В.П.

3. Собственный фон пропорциональных нейтронных счетчиков СНМ-57". ПТЭ, 4, 90-91, 1976.

4. Видякин Г.С., Выродов В.Н., Гуревич И.И., Кириллов Б.Ф., Козлов Ю.В., Мартемьянов В.П., Сухотин С.В., Тарасенков В.Г., Хакимов С.Х.

5. Дисперсии и корреляции распределений продуктов спонтанного деления Cf ЯФ, 36, 587-596, 1982.

6. Бугорский А.П., Видякин Г.С., Выродов В.Н., Гуревич И.И., Кириллов Б.Ф., Козлов Ю.В., Мартемьянов В.П., Сухотин С.В., Тарасенков В.Г.,Хакимов С.Х.

7. Поиск нейтронной активности мишеней, облученных 70 ГэВ протонами". Письма в ЖЭТФ, 32, 487-490, 1980.

8. Fishelson Z., Cuttler J.M., Shalevs. "The wall effect in 3He counters". U.I.M., 71, 292-296, 1969.6. Fowler I.L.

9. Very large Boron Trifluoride proportional counters". Rev.Sci. Inst., 34, 731-739, 1963.

10. Кочаров Г.E., Найденов В.О.

11. Низкофоновые газонаполненные счетчики электронов и рентгеновских лучей". ПТЭ, 3, 5-18, 1966.

12. Калашникова В.И., Козодаев М.С.

13. Детекторы элементарных частиц". Наука, 1966, гл. 2.

14. Козлов Ю.В., Мартемьянов В.П., Подужайло В.Ф., Тарасенков В.Г. "Сцинтиллятор на основе гексафторбензола". ПТЭ, 3, 64-66,1975.

15. Алешин В.И., Апалин В.Ф., Афонин А.И., Балыш А.Я., Земляков М.В., Ковальчук Е.Л., Козлов Ю.В., Кузьминов В.В., Лабузов В.В., Лебедев В.И., Мартемьянов В.П., Поманский А.А., Тарасенков В.Г.

16. Исследование фоновых характеристик подземной камеры и сцинтилляционных детекторов". Препринт ИАЭ-2697, 1976.

17. Александров Б.М., БарановИ.А., Кривохатский А.С., Тутин Г.А. "Распыление трансурановых элементов осколками деления". Атомная Энергия, 33,' 821-824, 1972.

18. Алешин В.И., Балыш А.Я., Козлов Ю.В., Лебедев В.И. "Сцинтилляционные счетчики большой площади на полимерной основе для защиты низкофоновых детекторов от космических лучей". ПТЭ, 5, 59-60, 1975.13. Уилетс Л.

19. Теория ядерного деления". Атомиздат, 1967, гл. 7.14. Мигдал А.Б.

20. Фермионы и бозоны в сильных полях". Наука, 1978, гл. 7.15. Migdal А.В.

21. Pion fields in nuclear matter". Rev.Mod.Phys., 50, 107-172,1978

22. Алешин В.И., Бакаляров A.M., Балыш А.Я., Боровой А.А., Кетов С.Н., Копейкин В.И., Лебедев В.И., Микаэлян Л.А., Херувимов А.Н., Школьник К.Д. "Поиски необычных ядер в продуктах деления". ЯФ, 26, 916-920, 1977.

23. Николенко В.Г., Попов А.Б., Самосват Г.С., Хван Чер Гу. "Поиски сверхплотных ядер в активной зоне реактора". Изв. АН СССР, сер.физ. 42, 1902-1905, 1978.

24. Боровой А.А., Климов Ю.В., Копейкин В.И., Микаэлян Л. А., Школьник К.Д. "Поиски образования сверхплотных ядер при делении", Письма в ЖЭТФ, 27, 525-527, 1978.19. Попов А.Б., Самосват Г.С.

25. Поиск нейтронов с энергией более 40 МэВ в делении". Препринт ОИЯИ, P3-I2047, 1978.20. Карнаухов В.А.

26. О поиске и синтезе суперплотных ядер". Изв. АН СССР, сер.физ., 41, 1538-1547, 1977.

27. Громов К.Я., Карнаухов В.А., Кузнецов В.Д., Надь Т., Новиков С.А. Петров Л.А., Шкевич Ю.В., Яхим М.

28. Эксперименты по поиску суперплотных ядер". Препринт ОИЯИ, PI-I2527, 1979.

29. Мишустин И.Н., Карнюхин А.В.

30. Формула Вейцзеккера для сверхплотных ядер". ЯФ, 32 , 945-959, 1980.

31. Алешин В.И., Балыш А.Я., Галицкий В.М., Козлов Ю.В., Лебедев В.И. Мартемьянов В.П., Микаэлян Л.А., Поманский А.А.,Тарасенков В.Г. "О спонтанных переходах ядер в сверхплотное состояние".

32. Письма в ЗГЭТФ, 24» II4-II7, 1976.

33. Verbinski Y.V., Weber Н., Sund R.E.

34. Prompt gamma rays from 2^U(n,f), 2-^Pu(n,f) and spontaneous fission of 252Cf". Phys.Rev.C, 7, 1173-1185, 1973.

35. Brown J.С., Dietrich F.S., O'Connell W.J., Kay M.J.i 252 "Spectrum of У -rays in the 8-to 20 Mev range from ^ Cfspontaneous fission". Phys.Rev.C, 22» 795-802, 1974.27. Lazarev Yu.A.

36. Variance of the energy distributions of fragments formed by low-energy fission: experimental data and theoretical predictions". Atomic Energy Review, 15, 75-107, 1977.28. Forgue Y., Kahn S.

37. Range-energy relation and energy loss of fission fragments in solids". Phys.Rev., 163, 290-296, 1967.29. Axtmann R.O., Mulas P.M.

38. Energy loss of fission fragments in light materials". Phys.Rev., 146, 296-300, 1966.30. Boldeman J.W.

39. Prompt-neutron yield from the spontaneous fission of Californium-252". Nucl.Sci.Eng., 55, 188-202, 1974.

40. Neiler J.U., Schmitt H.W., Walter F.J.252

41. Fragment energy correlation measurements for ^ Cf spontaneous fission and thermal-neutron fission". Phys.Rev., 141, 1146-1160, 1966.

42. Heller J.N., Schmitt H.W., Walter F.J. "Fission-fragment energy-correlation measurements for the1. O'X Q РД1thermal-neutron fission of -^Pu and Pu". Phys.Rev., 149, 894-905, 1966.33. Ширяев Б.М.

43. Галицкий B.M., Мишустин И.Н.

44. Влияние фазового перехода на динамику ударных волн в ядерном веществе". Препринт ИАЭ-2783, 1977.36. Wong C.G.

45. Toroidal nuclei. Bubble nuclei". Phys.Lett.В, 41, 446-450, 451-454, 1972.37. Wong C.G.

46. Toroidal and spherical bubble nuclei". Ann of Phys,'77,279-353, 197-3.

47. Frankel S., Frati W., Highland V., Van Dych 0., Werbeck R. "Experimental search for condensed nuclear sta&es". Phys. Rev.C., 12, 737-741, 1976.

48. Holt R.J., Schiffer J.P., Specht J., Bollinger L.M. ,Thomas G.E., Pried S.M., Hines J.J., Friedman A.M. "Search for stable, abnormal (collapsed) nuclei in Nature"

49. Phys.Rev.Lett., 36, 183-186, 1976.40. Price P.B., Stevenson J.

50. Search for ultradense nuclei in relativistic collisions of At on Pb". Phys.Rev.Lett., 34» 409-412, 1975.41. Frankel K., Stevenson J.

51. Search for ultradense nuclei in relativistic collisions of Ar on Ga, U and Pb". Phys.Rev.С, H, 1455-1457, 1976.

52. Куликов А.В., Понтекорво Б.М.

53. Поиск радиоактивных сверхплотных ядер". Препринт ОИЯИ, PI-I0202, 1976 .

54. Бугорский А.П., Карнаухов В.А., Новгородов А.Ф., Корсеев Ю.В., Поликанов С.М., Райно В.И., Сидоров В.М.

55. Об экспериментальной попытке получения сверхплотных ядер". Препринт ОИЯИ, 13-10216, 1976.44. Еяатт Дж., Вайскопф В.

56. Теоретическая ядерная физика". Изд. Иностранной литературы, 1954, гл. 12.

57. Gotz U., Pauli Н.С., Alder К., Junker К.

58. Ground state desormations in the rare-earth nuclei" .ITucl. Phys.A, 192, 1-35, 1972.

59. Chin Fu Tsang, Sven Gosta Nilsson.

60. Shape isomeric states in heavy nuclei". Nucl.Phys.A, 140, 275-288, 1970.47. Гречухин Д.П.

61. О возможности экспериментальной проверки гипотезы изомериифорглы тяжелых ядер". ЯФ 21, 956-963, 1975.48. Поликанов С.М.

62. Изомеры форглы атомных ядер". Атомиздат, 1977, гл. 3,4.49. Берлович Э.Е.

63. Современное состояние проблемы ядер переходных областей. Изв. АН СССР, сер.физ. 43, 2046-2059, 1979.

64. Куприянов В.М., Смиренкин Г.Н.

65. Статистические свойства тяжелых ядер и их изомеров формы". ЯФ, 31, 598-608, 1982.51. Владимирский В.В.

66. Ядерные переходы в несферических ядрах".

67. Сб. Исследования по экспериментальной и теоретической физике.

68. Памяти Г.С.Яандсберга). Изд. АН СССР, 1959, 71-79.