Светоиндуцированный дрейф атомов радиоактивных изотопов 22Na и 24Na тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи 6-93-398

ГРАДЕЧНЫ Честмир

УДК 539.1.043

СВЕТОИНДУЦИРОВАННЫЙ ДРЕЙФ АТОМОВ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ 22Ыа И 24Ыа

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1993

Работа выполнена в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований

научные руководители:

I

доктор физико-математических наук профессор

кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник

Гангрский Ю.П., Марков Б.Н.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

профессор

доктор физико-математических наук профессор

Алхазов Г.Д., Ишханов Б.С.

Ведущая организация:

Институт спектроскопии РАН С г.Троицк, Московская обл. )

Защита диссертации состоится ¡кЩпА-^ 19.у4

года в "40 " час. на заседании специализированного совета Л 047.01.05 при лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка и Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова объединенного института ядерных исследований, г. Дубна.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Автореферат разослан , " - 19' года.

Ученый секретарь специализированного совета

Таран Ю.в.

Общая характеристика диссертационной работы

Актуальность_темы. Эффект светоиндуцнрованного дрейфа (СИД) теоретически предсказанный и экспериментально обнаруженный в 1979 г. - это новое явление во взамодействки лазерного излучения с веществом, он позволяет селективно воздействовать на атомы выбранного изотопа или изомера, транспортировать их со скоростью -10 м/с, локализовать нх в объеме ~ 1 мм3. Такие возможности СИД предполагают и его успешное применение в ядерно-физических исследованиях.

Иель_настояыей_ работы состояла в исследовании возможностей применения эффекта СИД в этих областях, в частности, при эффективном разделении радиоактивных изотопов и ядер изомеров и при измерении оптических резонансов атомов с короткоживущими ядрами с целью определения ядерных параметров.

К началу работ по теме диссертации СИД был экспериментально исследован только на естественных изотопах нескольких элементов. Был исследован СИД атомов Ыа, Не и ИЬ, а также молекул. СНР, ИН , снвг, СНОН, ЭР . Эти исследования

3 3 3 3 6

сосредотачивались на получении максимального эффекта СИД в наиболее легко достижимих условиях. Не проводились исследования эффекта СИД при температурах выше 650 К и в условиях, не благоприятных для наблюдения эффекта СИД, например, при большой и долговременной адсорбции, на стенках. Но использование эффекта СИД с радиоактивными изотопами часто можно осуществлять только в таких условиях. в этих неисследованных условиях и осуществлялись наши эксперименты при выполнении основной цели настоящей диссертации.

На учная_ но в из на.

1) Впервые продемонстрирован СИД атомов радиоактивных

22 24

изотопов на примере N8 и Иа.

2) разработана методика разделения радиоактивных

22 24

изотопов Иа и Иа с высокими значениями коэффициента разделения и эффективностью сбора.

3) На примере изотопов 22На и 24Ма впервые

продемонстрирован сид при температуре - 1000 + 1200 к.' Другие работы по сид проводились при температурах до 650 к.

22 23 24

4) На примере атомов изотопов ' ' Na впервые' продемонстрирован СИД в широкой холодной трубке с долговременной адсорбцией на стенке и подтверждено, что эффект СИД может быть успешно использован для измерения оптических резонансов атомов с короткоживущими ядрами с целью определения ядерных параметров.

На_защиту_выносятся_следующие рез ультаты.

а) Создание экспериментальной установки для исследования светоиндуцированного дрейфа ' атомов микроколичеств изотопов zzNa и 24Na.

б) Эксперименты по разделению микроколичеств радио-

22 24

активных изотопов Na и Na с .использованием эффекта сид.

в) Эксперименты по СИД атомов изотопов 22Na, z3Na и 24Na в широкой холодной трубке и оценка характеристик планируемого СИД - спектрометра.

Практическая_ценность.

Разделение изотопов с помощью эффекта СИД позволяет получить на простом устройстве изотопы одновременно и высокое обогащение и низкие потери. Такая методика может найти применение при разделении дорогих (радиоактивных) изотопов и ядер изомеров и при производстве радиоизотопов применяемых в радиомедицине.

Методика измерения оптических резонансов атомов с короткоживущими ядрами с временами жизни до 1 мс с помощью эффекта СИД может найти применение в ядерно-физических исследованиях. В настоящее время она внедряется в ЛЯР ОИЯИ Дубна.

Апробация_работы.

Диссертация основана на материалах, опубликованных в 8 печатных работах и доложенных на б международных конференциях4и совещаниях:

1) Vlllth International Conference on Hyperfine Interaction, August 1989, Prague, Czechoslovakia.

2) Workshop on Application of Lasers in Atomic Nuclei Research, December 18 - 20, 1991, Dubna, USSR

3) Международное совещание "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра, 21. - 24. апреля 1992 г., Алма Ата, Казахстан.

4) X. Международная вавиловская конференция по нелинейной оптике, 1. - 3. июня 1990 г., Новосибирск, СССР.

5) International Worshop on Laser Physics, 7-10 April, Dubna, 1992, Russia.

6) International Interdisciplinary Doppler Symposium, September 8-10, 1992, Prague, Czechoslovakia.

Структура_и_объеи_работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, в котором кратко сформулированы общие выводы. Общий объем работы составляет 102 страницы машинописного текста, включая 27 рисунков, четыре таблицы и 75 библиографических названий.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАбОТЫ

Во_введении дано полуколичественное описание эффекта СИЛ, скорость и которого определяется следующим выражением: сг_ - <г

и = V а, - , (1)

L а

г

где v^ - средняя проекция скорости абсорберов, которые находятся в резонансе с лазерным излучением, q> - часть абсорберов, находящихся в возбужденном состоянии, но еще не испытавших "термализацию" вследствие столкновений, а , а -

Ч 8

газокинетические сечения столкновений для возбужденного и невозбужденного абсорбера в буферном газе. Скорость и может достигать нескольких процентов от тепловой скорости атомов (десятки м/с) и ее зависимость от длины волны лазерного излучения имеет дисперсионный характер. Приведены примеры экспериментальных исследований, из которых можно судить о перспективности применения эффекта СИЛ в научных и практических приложениях, в том числе в ядерно-физических

исследованиях, далее изложены цели и задачи исследования и сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава_1 посвящена количественному описанию эффекта СИД и в ней дан обзор важнейших работ по его исследованию. СИД абсорберов (атомов или молекул) светового излучения, находящихся в буферном газе, возникает, когда выполняются два условия: 1) возбуждение абсорберов селективно по скоростям (из-за эффекта Допплера); 2) газокинетические сечения столкновений абсорбера с атомами или молекулами буферного газа зависят от его состояния. Вследствие селективного по скоростям возбуждения возникают антипараллельные потоки абсорберов в основном и возбужденном состояниях. Когда выполняется условие 2), эти потоки испытывают неодинаковые диффузионные сопротивления. В результате этого абсорберы приобретают дрейфовую скорость.

В разделе 1.1 на примере простейшей двухуровневой системы представлены выражения, которые определяют или из которых можно установить зависимость скорости СИД от газокинетических и спектральных величин. Далее показано, что в многоуровневых системах с малой заселенностью "рабочего" уровня скорость СИД значително меньше, чем для двухуровневых систем. Газовая система атомов с дрейфом описывается "обобщенным" уравнением диффузии:

дП/ЭЬ + V(Ш - УШ) + ги = О, (2)

где N - плотность атомов, Б - эффективный коэффициент диффузии, у - постоянная, характеризующая убыль абсорберов. В далнейшем мы все системы с эффектом СИД моделировали, решая это уравнение при определенных начальных и граничных условиях.

В разделе 1.2 представлен краткий обзор наиболее важных работ по СИД, опубликованных до начала исследований по теме диссертации. Далее представлены особенности эффекта СИД для атомов и для молекул. Показано, что эффекты СИД для атомов с простой схемой уровней и с сильным рабочим переходом на несколько порядков больше, чем для молекул со сложной колебательной и вращательной структурой уровней. Сформулированы основные условия для осуществления СИД атомов

какого-нибудь элемента, отмечено, что принципиально можно осуществить СИД с атомами любого элемента.

Глава_2 посвящена теоретическому рассмотрению разделения изотопов и/или ядер изомеров с помощью эффекта СИД названного ЛИДИС (LIDIS - Light Induced Drift Isotope Separation). Разделение изотопов с помощью эффекта СИД заключается в следующем: Оптические резонансы для абсорберов с разными изотопами обычно отличаются друг от друга, благодаря изотопическому сдвигу и/или сверхтонкой структуре резонанса. Это позволяет настраивать длину волны лазерного излучения таким образом, что дрейфовые потоки разных изотопов могут быть разными, даже противоположными. Этот эффект может осуществить изотопное разделение абсорберов. Во вводной части далее обоснована актуальность изотопного разделения и характеризуются отдельные, сегодня используемые методы: электромагнитные, кинетические, физико-химические, лазерно-спектральные.

В разделе 2.1 начинается теоретическое описани ЛИДИС метода с общего случая схематически представленного на рис. 1. Главная часть сепаратора - это сепарирующая трубка с отростком, в который закладывается образец. Сепарирующей трубкой проходит луч лазерного излучения и ламинарный поток инертного газа со скоростью V. Атомы изотопов i (i = а, Ь, с, d, и т.д.) освобождаются из образца испарением или каким-нибудь другим способом атомизацин и диффундируют в

коллектор

"У

образец

коллектор

Рис. 1. Схема ЛИДИС сепаратора. Стрелки представляют величины скоростей и направления потока газа и СИД атомов изотопов а, Ь, с и d.

сепарирующую трубку. Здесь они вовлекаются в ламинарное течение инертного газа и взаимодействуют с лазерным излучением, создавая при этом СИД со скоростью и. Изотопы 1 будут улавливаться преимущественно правым или левым коллектором, в зависимости от того куда направлена сумма скоростей V + и.

Далее рассмотрены частные случаи лидис сепаратора, в которых атомы разделяемых изотопов не адсорбируются на поверхности сепарирующей трубки, а полностью улавливаются на коллекторах (граничные условия №и = О, где Ь - расстояние от отростка до коллектора). Если образец в отростке полностью атомизирован, то эффективность ЛИДИС сепаратора близка к 100 7..

Рассмотрен стационарный случай, когда из образца освобождаютя только нейтральные атомы и лазерное излучение взаимодействует с атомами только одного изотопа "а" (только и * 0) и выполняется и к - 2У. Тогда атомы изотопа "а"

а а

будут дрейфовать и высаживаться на коллекторе, к которому направлен СИД, а остаток будет сноситься потоком инертного газа и высаживаться на противоположном коллекторе. Коэффициент разделения а^ изотопа "а" выделяемого на правом коллекторе определяется выражением

«а « ехр(ЫУ|/Оь) . (3)

Для атомов натрия можно легко реализовать СИД с характерной скоростью « 5 м/с в условиях когда 'О к Б И 20 см2/с. в таком случае параметр О/IV! в (18) меньше, чем 0.1 см и коэффициент разделения на одном см может быть больше, чем ехр(10) ® 2, 2 -104.

далее рассмотрены частные случаи без газового потока (V = 0). При высоких температурах (Т >2 ООО К) процессы образования и диссоциации молекул протекают достаточно быстро, так что смесь всех состояний разделяемых изотопов в сепарирующей трубке может находиться в динамическом равновесии, коэффициент разделения такого ЛИДИС сепаратора опять растет экспоненциально с длиной Ь серирующей трубки, хотя более медлено, чем в предыдущем случае, поскольку скорость СИД в рассматриваемом случае меньше в силу того,

что изотопы находятся в атомарном состоянии не все время, а с вероятностью определяемой равновесной постоянной.

Рассмотрен частный случай ЛИДИС разделения двух

изотопов а и Ь, который моделирует наши эксперименты по

изотопному разделению 2г'24аа. Лазерное излучение

взаимодействует с атомами обоих изотопов и индуцирует их

дрейф с одинаковыми скоростями, но с противоположными

направлениями (и = - и). Положим, что атомизация образца в & ъ

отростке идет с определенной эффективностью, т.е. что только часть изотопов а и Ь выходит из образца в виде свободных нейтральных атомов. Относительное содержание 0 разделяемых изотопов в неатомарном (молекулярном) состоянии определяет максимально достижимый, коэффициент разделения ат" данного ЛИДИС сепаратора в соответствии с выражением

а™" = 2/г» - 1. (4)

Продуктивность метода ЛИДИС ограничена поглощением лазерного излучения в сепарирующей трубке. В случае, когда лазерное излучение поглощается только атомами одного, выделяемого, изотопа а, продуктивность ;)та,с определяется следующим выражением:

(и.А)2- (5/р ). (5)

где Ф - поток фотонов лазерного излучения, кеГГ эффективность использования лазерного' излучения, р^ частота поглощения фотонов одним атомом изотопа а, V -тепловая скорость, £ - эффективная частота столкновений. Оценено, что для выделения одного атома, ему надо поглотить

4 5

10 + 10 фотонов.

В разделе 2.2 сравнивается ЛИДИС с другими методами разделения изотопов.' Отмечаются достоинства метода: малые габариты и конструктивная простота сепаратора, возможность разделять изотопы одновременно с высоким обогащением и с низкими потерями, возможность для данного нуклида отделять изомерное ядерное состояние от основного. Низкая продуктивность метода (Ю14 атомов/с) и высокие энергетические затра-

ты ограничивают применение лидис метода. Но его можно успешно использовать для разделения дорогих радиоактивных изотопов. Недостатком ЛИДИС метода, как и других лазерных методов разделения, пока остается его малая универсальность. Из-за больших отличий в структуре атомных (или молекулярных) уровней существуют свои особенности для лазерного изотопного разделения каждого конкретного элемента и даже изотопа. В силу этого, для каждого отдельного случая будет нужно разработать свою специфическую методику. Большая часть элементов имеет сильные резонансные линии только в ультрафиолетовой или даже в вакуумно-ультрафиолетовой спектральных областях, недоступных сегодняшним

перестраиваеваемым лазерам непрерывного действия с высоким к.п.д. Это обстоятельство тоже будет мешать быстрому внедрению ЛИДИС метода в практику.

в главеЗ описиваются экспериментальные исследования разделения радиоактивных изотопов 22,24Иа ЛИДИС методом.

В разделе 3.1 перечисляются условия необходимие для осуществления эффективного изотопного разделения методом ЛИДИС: 1) низкая производительность метода и ограничение времени разделения (~ 1 час) ограничивают число атомов поглощающих лазерное излучение в образце до ю16 атомов натрия; 2) получение заметного коэффициента разделения требует высокой степени атомизации разделяемых изотопов. В разделе 3.2 обоснован выбор объектов разделения. Раздел 3.3 посвящен непосредтвенно разделению изотопов

22 24 V

Иа методом ЛИДИС. Описаны возможные способы подготовки образца и обоснован выбор использованного образца в экспериментах. Мы экспериментально установили, что из алюминия натрий, образованный в процессе ядерных реакций А1 (р, Зрхп) гг,гз,24иа 1 испаряется преимущественно в атомарном виде, поэтому мы в наших экспериментах по ЛИДИС разделению непосредственно испаряли натрий из алюминия. Натрий из алюминия начинает интенсивно испаряться после его разплавления (при температурах выше 933 К). Это обстоятельство и необходимость подавления адсорбции атомов натрия на поверхности сепарирующей трубки (внутренний

дмаметрр 1,2 + 4 мм) заставили нас проводить лидис эксперименты при температурах - 1000 + 1200 к, при которых до сих пор не проводились никакие эксперименты по СИД. Эксперименты по ЛИДИС разделению проводились в криптоне 5 + 10 торр) в сепараторах без газового потока трех типов. Длина волны лазерного излучения настраивалось на максимум

23 22

поглощения Б линии атомов Ыа. в таких условиях атомы Ыа дрейфуют против и атомы 24На вдоль лазерного луча. Параметры ЛИДИС сепараторов обычно зыбирались такими, чтобы при полной атомизации натрия в сепарирующей трубке расчетное значение обогащения на коллекторах достигало бы высоких значений (~ 100 + 10б). Тем не менее экспериментально достигнутое обогащение (определялось • после разделения на полупроводниковом г-спектрометре) было значительно ниже, в первом эксперименте обогащение достигло » 19 Я, а в последнем, после оптимализации экспериментальных условий, 25 раз. Схема последнего ЛИДИС эксперимента представлена на рис. 2.

Рйс. 2; ЛИДИС сепаратор с длинной сепарирующей трубкой.

Цифры на рисунке представляют: 1 - образец с 22Ыа и 24Ма; 2 - сепарирующая трубка; 3 - кварцевая трубка; 4 - ампула с натрием; 5 - цирконий; б - и 7 - печки сопротивления;, 8 - измеритель мощности лазерного излучения; 9 - термопара хромель - алюмель. Стрелка представляет направление лазерного излучения.

В разделе 3.4 описиваются эксперименты, в которых было установлено, что в экспериментальных условиях, имеющих место при ЛИДИС разделении, время жизни свободных нейтральных атомов - 5 часов. Это означает, что достижению более высокого коэффициента обогащения, чем 25, наиболее правдоподобно препятствует молекулярные соединения натрия, которые тоже испаряются из алюминия.

В разделе 3.5 представлены выводы из экспериментов по

22 24

ЛИДИС разделению ' Иа. Наши результаты и результаты других работ по СИД, в которых имело место изотопное разделение, представлены в таблице 1.

Достигнутый коэффициент разделения а = 25 и эффективность т) « 50 7. уже представляют интерес для решения практических задач, например разделения радиоактивных изотопов и ядер изомеров.

Четвертая глава описывает исследования возможностей измерения оптических резонансов атомов с короткоживущими ядрами с помощью эффекта СИД. оптические резонансы содержат информацию о ядерных параметрах (зарядовый радиус, параметр

Таблица 1

Объект СИД Изотопы е е/Ь см 1 V

СН3Р 12,13с 1 0.0046

кн3 14, 15,, 3 0,009 ■?

Из 85'87НЪ 39 6,3 0

N3 22'24Иа * 24 * 4,1 * 0,5

е - коэффициент обогащения (е = а - 1, где а - фактор разделения); Ь - длина сепарирующей трубки, на которой определялось обогащение; т) - эффективность разделения. *Резльтаты полученные при выполнении настоящей диссертации. ? - эффективность разделения не определялась.

деформации, толщина поверхностного слоя, влияние парных кор-релаций, спин, ядерные моменты и т. д. ) и ее можно извлечь из измерений этих резонансов

В разделе 4.1 описан принцип работы сид спектрометра. Напомним, что скорость СИД и в выражении (1) зависит от произведейия которое антисимметричено по отношению к

отстройке длины волны Л лазерного излучения от длины волны Ло возбуждающего резонанса. Измеряя зависимость и(Л), можно определить \о. СИД атомов изучаемого изотопа может изменить распределение этого изотопа в данном пространстве. Если этот изотоп радиоактивен, то изменение его пространственного распределения можно зарегистрировать с помощью детекторов излучения от его распада. На этом может быть основанно измерение зависимости и (Л) и определение Такой

спектрометр должен быть очень чувствительным, поскольку излучение от ядерного распада можно регистрировать с большой эффективностью, с дискриминацией по энергиям и детекторы ядерного излучения имеют низкие собственные шумы. Важным является также факт, что до образования оптически плотной среды на пути лазерного луча, такому измерению не мешает большой избыток стабильных изотопов того же элемента.

Возможность использования СИД спектрометра для исследования короткоживущих изотопов летучих элементов подтверждает эксперимент, в котором атомы 24На "вгонялись" эффектом СИД в закрытую трубку из нержавеющей стали (внутрений диаметр 2,5 мм) нагретую до температуры 1000 + 1100 К (для уменьшения адсорбции на стенке). При сканировке частоты лазерного излучения менялась скорость СИД атомов

24

Иа, что отражалось в количестве атомов, накопленых у закрытого конца трубки, и регистрировалось сцинциляционным детектором. Зависимость скорости счета детектора от длины волны лазерного излучения предсталена на рис. 3. образец содержал около Ю10 атомов 24Ыа, но за время сканировки было израсходовано не более нескольких процентов от этой величины. Это свидетельствует о высокой чувствительности СИД спектро- метра.

В разделе 4.2 представлены результаты эспериментов по исследованию эффекта СИД атомов 2г,23,24ка в широкой

90 80 70

О 60 \

т—I

50 40 30 20

т

I.

1П

и

II

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 , ГГц

Рис. 3. Зависимость скорости счета V детектора от длины

волны лазерного излучения. П = О соответствует центру

О линии атомов 24Ыа. г

холодной трубке, на стенке которой атомы натрия сильно адсорбируются. Отметим, что это были первые эксперименты по исследованию эффекта СИД в таких условиях и они были мотивированы потребностью выяснения возможности

использования СИД спектрометра для исследования короткоживущих изотопов, атомы которых сильно адсорбируются на стенке.

Экспериментальная кювета представлена на рис. 4. Это стеклянная трубка с внутренним диаметром « 8 мм, заполненная чистым криптоном при давлением » 10 торр. Источник X атомов радиоактивного натрия находится в центре трубки. Это графитовый стержень, из которого при высокой температуре освобождаются атомы натрия. Справа и слева от источника расположены коллекторы 2. луч 3 лазера, настроенного на линию атомов натрия, с мощностью ~ 130 мВт, расширяется телескопом, чтобы заполнить сечение трубки. При очистке буферного газа от реактивных примесей парами стабильного

I___I

РИС. 4.

22 23 24

СИД атомов ' ' На в широкой Холодной трубке

экспериментальная кювета, радиоактивного натрия, 2 лазерного излучения, 4 натрием.

1 - источник атомов коллекторы, 3 - луч ампула со стабильным

натрия в присутствии лазерного излучения мы впервые наблюдали СИД атомов 23На в широкой холодной трубке, о вели-

22 24

чине эффекта СИД атомов ' Ма мы судили по коэффициенту разделения на разных участках коллекторов. Максимальный коэффициент разделения, который удалось определить, был 9 ± 3. Было определено, что в левой части дрейфовой трубки скорость СИД была не меньше 22 см/с. В данных экспериментах на левом коллекторе, который находился от источника более чем 5 мм, собралось примерно ю 7, радиоактивного натрия и хоэффицииент разделения а я 2. это является прямым подтверждением того, что СИД спектрометр может быть чувствительным прибором для измерения оптических резонансов атомов с короткоживущими ядрами.

На основании полученных результатов в разделе 4.3 предлагается использовать СИД спектрометр в линии с циклотроном (см. рис 5). Спектрометр состоит из дрейфовой трубки 1, наполненной буферным газом, пучок 2 ядер отдачи с исследуемым изотопом или изомером вводится в дрейфовую трубку 1 окном 3 и тормозится в буферном газе в области с размерами - 1 см. Значительная часть заторможенных ионов отдачи превращается в свободные нейтральные атомы. На торцах

л

СЕ]

А - 8

6а 6Ь

7а 1 7Ь

6а ¥ «!•—с—• 6Ь

1, .-А- Л

<х

РИС. 5. СИД спектрометр.

дрейфовой трубки имеются оптические окна 4 для ввода и вывода лазерного излучения 5. Его длина волны Л сканируется в спектральной области, в которой ожидается присутствие исследуемого резонанса. Когда лазерная длина волны проходит измеряемый резонанс, возникает СИД исследуемых атомов, который приводит к перераспределению исследуемого изотопа в дрейфовой трубке, в том числе и в зонах детектирования 7а и 7Ь. Это перераспределение сопровождается изменениями интенсивности характерного ядерного излучения,

детектируемого системами детекторов ба и 6Ь. Их скорости счета V ' и у сравниваются в схеме сравнения 8. Результирующий сигнал (разность или отношение) регистрируется многоканальным анализатором 9 в зависимости от длины волны Л лазерного излучения. Из этой зависимости можно определить длину волны Ао оптического резонанса атома исследуемого изотопа. СИД может достигать скоростей ~ 10 м/с. Если выбрать <1 « 1 см, то на данном СИД спектрометре можно исследовать нуклиды с периодом полураспада г- ю"3 с.

Лазерная спектроскопия с использованием СИД окажется удобным методом для исследования изотопов, основное состояние которых имеет небольшое сверхтонкое расщепление. В отличие от метода оптической поляризации этой методикой можно исследовать изотопы с нулевым спином ядра. Эта методика может оказаться пригодной для оптических исследований спонтанно делящихся изомеров америция ( 240,242,244Атт) с целью определения формы ядра в изомерном состоянии на пути к делению.

В_заключении приведены основные результаты, полученные

в ходе выпольнения настоящей диссертационной работы:

1) Была разработана методика эффективного разделения радиоактивных изотопов и изомеров с помощью эффекта СИД. Основные преимущества этого метода - низкие (теоретически нулевые) потери выделяемого изотопа или изомера при высоком обогащении, что очень важно при разделении дорогих радиоактивных изотопов и изомеров.

2) Была создана установка для работ по СИД с радиоактивными

22 24 -

изотопами Na и Na в горячей трубке. В экспериментах было определено, что: а) более чем 92 7. натрия испаряется из алюминия в атомарной форме и остаток (8 7.) натрия испаряетса в виде стабильных неатомарных образований (наиболее вероятно молекул); б) - СИД впервые осуществлялся при температурах выше 650 К; в) - для

22 24

атомов Na и Na при температурах 950 + 1 ООО К отношение скорости СИД и коэффициента диффузии U/D не отличалось от общепринятых теоретических предсказаний.

3) Впервые было осуществлено разделение радиоактивных

22 24

изотопов Na и Na с помощью эффекта СИД. Были достигнуты следующие экспериментальные результаты: Максимальный достигнутый фактор разделения « 25; из образца извлекли и на коллекторах собрали до 50 7. активности. Это означает, что эффективность применяемого ЛИДИС сепаратора была не меньше 50 7,.

22 23 24 --

4) На примере атомов изотопов ' 1 Na был впервые

реализован СИД в широкой трубке, стенки которой сильно

адсорбировали исследуемые атомы. Результаты этих

экспериментов подтверждают, что СИД спектрометр является

достаточно эффективным и чувствительным и может быть

использован для исследования целого ряда короткоживущих

изомеров, например. 24mNa, 130mBa, I36mBa, 242mAm.

5) Предложен способ измерения оптических резонансов атомов с коротк'оживущими ядрами с помощью эффекта СИД, проведен рассчет его ожидаемых характеристик и определена область его применения.

Основные_результаты_диссертапии_опубликованы_в_работах:

1. Ю.П. Гангрский, Ч. Градечны, Б.Н. Марков, о возможности измерения оптических резонансов атомов с короткоживущими ядрами с использованием светоиндуцированного дрейфа. -Сообщение ОИЯИ Дубна Р13-89-741, 1989.

2. Yu.P. Gangrsky, С. Hradecny, B.N. Markov, Measurement of the Optical Resonances of Atoms with Short-Lived Nuclei by Using Light Induced Drift. - Hyperfine Interactions 61 (1990) 1411.

3. C. Hradecny, J. Slovak, T. Tethal, A.M. Shalagin, I.M. Yerraolayév, Radioactive Isotope and Isomer Separation with Using Light Induced Drift Effect. - Preprint JINR Dubna E18-91-549, Дубна", 1991; Appl. Radiat. Isot. 43 (1992) 1259

4. C. Hradecny, J. Slovak, T. Tethal, I.M. Yernolayev, Radioactive Sodium Isotope Separation with Using Light Induced Drift Effect. - Proc. Int. Workshop on "Application of Lasers in Atomic Nuclei Research", Dubna, 18 - 20 December, 1990, Дубна 1991, с. 103.

5. Ю.П. Гангрский, Ч. Градечны, Я. Словак, Т. Тетгал, И.М. Ермолаев, Разделение изотопов натрия с помощью светоиндуцированного дрейфа. - в сборнике тезисов докладов международного совещания "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра", Алма Ата, 21. - 24. апреля 1992 г.

6. С. Hradecny, Т. Tethal, I.M. Yerraolayev, S.G. Zemlyanoi,

. 22 24

P. Zuzaan, Isotope Separation of Na and Na with Using Light Induced Drift Effect. - Communication of JINR E13-93-17, Dubna, 1993.

7. Ju.P. Gangrsky, C. Hradecny, J. Slovak, T. Tethal, I.M.

O"? 71 9Л

Yermolayev, Light Induced Drift of ''Na in Wide Cold Tube. - Physics Letters A 168 (1992) 230; Preprint of the Joint Institute for Nuclear Research E13-92-197, Dubna 1992.

8. Yu.P. Gangrsky, c. Hradecny, G.v. Mishinsky, I. stekl, T. Tethal, I.M. Yermolayev, Optical Trap for Free Radioactive Atoms on Base of Light Induced Drift, Communication of

JINR E13-93-18, Dubna, 1993.

Рукопись поступила в издательский отдел 2 ноября 1993 года. 16