Деление ядер протонамипромежуточных энергий

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

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

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

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

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

Характеристики протонного пучка
Интенсивность протонного пучка переменной энергии (интенсивность пучка с Ер=1000 МэВ равна 3х1012 с-1

Протонная терапия
Цель:
расширение спектра болезней, которые лечат с помощью протонной терапии
Требования к пучку:
Энергия Е=200 МэВ, I= 3·108 s-1,
D= 4 Гр/мин
Транспортировка пучка в зал облучения

Параметры пучка 200 МэВ в зале облучения ( Монте-Карло моделирование)
I=8·108 р/сек
р0=643 Mev/c
σ/р0=3.5 %
Поглощенная доза
D= 12.6 Гр/мин

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

Сечения деления ядер (мб)

Энергетическая зависимость сечений деления

Энергетическая зависимость сечений деления 238U
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 232Th

Энергетическая зависимость сечений деления 233U

Энергетическая зависимость сечений деления 239Pu

Энергетическая зависимость сечений деления 209Bi

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:239Pu, 237Np, 238,235,233U, 232Th, 209Bi 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.
Сечения деления для изотопов урана во всем диапазоне энергий демонстрируют рост сечений при переходе от ядра 238U 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 Z2/A мишени только до ядра 233U, в то время как сечения деления ядер 237Np и 239Pu примерно равны сечению деления ядра 235U.
На синхроциклотроне ПИЯФ создан пучок протонов переменной энергии от 200 до 1000 МэВ, который может использоваться в целях:
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;
3) лечение больных методикой протонной терапии.

Участники Проекта
ПИЯФ РАН
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
Ускорительный отдел: Г.А.Рябов, Н.К.Абросимов, Е.М.Иванов
Лаборатория радиационной физики: М.Г.Тверской

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