Запаздывающие нейтроны при симметричном способе деления ядер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

г

4,11 ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ -ШЕИЕИ 5 ДПР НАУК KAEAXCKOÍÍ ССР

На правах рукописи

VKIICSAEB SEiJDVLTA СЕЙОТЛАЕЮТ

УДК 509.173

ЗШЭДВШ2ИВ HBiiTPCSH ПН! ОйПЖГЕгаШ СПОСОБЕ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР

il.04.16 - физика ядра и злемвнтаршис частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учено;! сгеяегш кандидата физпко-матоглатпчеокях наук

Ал:.:а-Ата

- I9C3 г.

Работа выполнена в Институте ядорной физюш Академии паук Республика Казахстан

Научный руководитель - кандидат 0кзико-мате:.'.от1:ческих наук

Ра:.;азанов Р.

Официальные оппоненты - доктор (^язккочлатеглатичссккх наук

правое сор

Сшренклн Г.Н. - кандидат Т/Лзкко-штешткчсскЕХ наук Ахматова Б. Г.

Ведущая организация - .Московский инхшерно-фштческий

институт

За'З'.та состоится 12 фезраля 1993 г. в "/Зе° час, кс заседании Спзцаализированного Совета К СС8.20.02 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических > наук при Институте ядерной Физики /Л РХ

(460082, г.Алма-Ата, КЯФ АН РХ)

С диссертацией мокло ознакомься в библиотека ИЯФ АН Р. Автореферат разослан "/5" Н-^С^р^ 15ЭЗ г.

УТШЙ1 СЕКРЕТАРЬ

с:пгл:;л:й:рова1Шого совета

^Л^ ПАВЛОВА Н.1

ОБДАЯ ХЛРАКШМСТИКЛ РАБОТЫ

Актуальность то^ч. Основной интерес к изучению эмис-¡ии запаздывающих нейтронов обусловлю н их ва-люстью для :сследовапгл структуры ядер и переходов п области богатой юктронамн вдали от линии _уЗ -стабильности. Практическое начение эти нейтроны тлеет для расчёта кинетики реакторов, : последнее время их с успехом использовали для определе-ля содержания делящихся тялелнх изотопов в природных об-азцах.

Относительные выходи заиаздмвакицих нейтронов, получаю-лхся при далвнга изотопов Ви и Р4 заряжешшт частицами, е представляют непосредственного интереса для расчётов иаетики реакторов, но на основании измеренных выходов тих ног,тронов появляется возможность изучения раеггределе-гя зарядов и других важных свойств прошсса делешш, так ак выходы запаздывающих нвнтроноп являются одним из не-ногкх источников информации о зарядовнх распределениях сколков деления. Особо актуальны такие исследования для бласти доактшшдннх ядер, где полностью отсутствует ка-ие-либо данные об этой важнейшей характеристике процесса элеш'я.

Целью работы является экспериментальное исслэдовашм тноентельных выходов запаздывающих нейтронов при делешш зотопов свинца и висмута зарлженнши частица:®! на выве-энном пучка циклотрона У-150 АН РК.

Новизна работ». Впервые были,проведены систематичес-ие измерения относительных выходов запаздывающих нейтро-

ос\рь ос\гу 9П Й

ов при делении каждого из изотопов РЗ, Т&, Р3

3

: -частицами с энергиями 40, 45 и 50 МэВ и ионами Не с

рпо

норгиями 50 и 60 МэВ, а та юте изотопа В£ сх -частицами энергиями 45 и 50 МэВ и протонами с энергией 30 МэВ.

Внявлеш! зависимости относительных выходов запаздыва-дих нейтронов от энергии налетающэй частицы и от энергии эзбуждения делящегося ядра.

Подтверждены предположения о зависимости выходов за-ззднвавщих нейтронов от массового числа и атомного номера ,

долящегося ядра.

На основе полученных экспериментальных данных построены распределения 1сумуяятив1шх выходов осколков-предшост-венников для изотопа BL при делении его сх -частицами с энергиями 45 и 50 МзВ,

Предложена методика измерения выходов запаздывающие нейтронов при делении ядер заряженными частицами на выведенном пучке циклотрона.

Научная и практическая значимость работы. Получены новые данные об относительных выходах загаздываингос нейтронов при делении изотопов свинца и висцута зарякеннши частицами, которые 1,1017т послунить для дальнейших работ по систематике предгественников, а также для выявления закономерностей поведения запаздывающих нейтронов при делении изотопов разных масс при различных энергиях.

По предложенной на:® методике бота проведена работа по выявлению тяжелых элементов в природных образцах по выходу запаздывающих нейтронов, результаты которой были доложены на совещании по активационному анализу.

На за'тату выносятся:

1. Экспериментальная установка и автоматизированная система измерения спада интенсивности запаздывающих нейтронов, в которой детекторы и измерительная аппаратура включены в линию с ЭВМ.

2. Результаты исследования относительных выходов за-

206'?07 208 20

поздшзашкх нейтронов при делении лио».ли'»лиор£ и

ы -частицами в диапазоне энергии 40-50 МэВ, ионами с энергиями 50 и 60 МэВ, а также при делении прото-

нами с энергией 30 МэВ.

Публикации. Основные результаты насгояадах исследований опубликованы в двух тезисах и девяти статьях в республиканской и всесоюзной печати.

Апробация работч. Результаты работы докчаднвались на Всесоюзном совещании по физике деления в 198? г., г.Обнинск и на Международной конференции "Делению ядер 50 лет" в 1969 году.

Структура и объём. Диссарташя состоит из введения,

l'pex глав, заключения « списка литературы. Объём диссертанта 80 страниц машинописного текста, 19 рисунков, 20 таб-гац.

СОДБКСАНИЕ РАБОТЫ

Во ввадешш аргументирована актуальность поста пленной ¡адачи, сфорцулировенн ноли работы. Показаны сё научная ювизиа и практическая ценность. Определены основные поло-:о1шя, ввдвицутыо автором на зааиту п дано краткое содер-сание диссертации по главам.

Первая глава является обзором и посаэдена краткому 13ЛОЯ0ШГО современной тоорип испускания запаздывающих нейронов.

Основу теории излучения запаздывающие нейронов голосили Кипин и Паплас. Прежде считала, что предшественники тпаздывающих нейтронов долзаи иметь одну или несколько гш ¡«¡¡тронов вне замкнутой оболочки. Таяло изотопы посред-:твом р -распада образуют возбужденные состояния изото-гов с нечётным числом нейронов, которые вследствие ссо-ieiîHO низкой анергии связи В последнего нейтрона будут >бладать больней вероятностью его зг.гассют.

Критерием эмиссии запаздывающие нейтронов, однако, ледуот считать не В„, а (0^ -В„), поэто;.у нечётно-четные дра следует рассматривать как равновероятные кандидатуры I предшественники, так как зireprr.fi fi -рг.спадз начетно-не-гатшсс ядер больше, чем нечетно-четкых. Поэтогду шэчетно-

ЯЯ Т'ЗЯ

вчетные ядра В.* и I тают были вдонтгфицированц :а:с предшественники запаздывающих нейтронов.

Период излучения таких нейтронов регулируется перло-;ом предсествутацего fi -распада» Согласно принятой термп-гаогаи, ядро-излучатель J3-частица (Z,//) называется дром-предпэствэнгпшом, ядро - излучатель нейрона - ядрсм-злучателем.

По тоорип fi -распада Ферми число fi -переходов в воз-угдэгапзэ состояния ядрз-кзлучаталя в. интервале энергий от до В + Л В даётся выпали нцем:

- с/м|2/+ (2л-е)я(е)с*е Ш

где С - постоянная, I.' - матричный элемент перехода, Од -энергия /Ь -перехода из основного состояния ядра-предшест-венкика в основное состояние ядра-излучателя, ¿£7(Е) -плотность уровнен излучателей запаздывающих нейтронов при энергии возбуждения Е.

Вероятность излучешш нейтрона дашкм ссколгом-прод-пествзшшком рассчитывается по снор?.уле:

р - _ _1_:__. (2)

Здесь Гп и Г^ - паршшьные шрлш уровней для испускания ноГ.тро;ш и У-кванта, соответственно, причём отношэ-ш-е Г„/(ГЛ + Гу) = I.

Плотность уровней ядра-излучателя полагается равной

и)(в) - сопл>1- 2(а£)(3)

гдо Е - этргия возбуждения ядра-излучателя«

Энергия ^-распада и энергия связи нейтрона Бл рассчитывается по форьулаы масс Камерона и Леви. Посгули-руется, что вероятное распределение заряда имеет форцг Га-усскана: 2

Есе предсказываемые предшественники запаздывающих нейтронов концентрируются около групп изотопов, лэяапдах за оболочками с 50 и 82 коетротг.а. Теория предсказывает около 50 зозмокшх предшественников, из которых основными ,'шллвтся изотопи иода, брома, рубидия и цезия. Теоретические расчёты согл.. угася с экопаримонтальньш данными лнаь качествонко. Неточность величин, входящих в теоретические расчёты,, кэ даго? возможности для детального сравнения. Однако, положительной стороной теории следует считать объяснение некоторых закономерностей в наблвдаегяк

?

; выходах 2 предсказании балькзго числа продшсствок:ткээ, чем до сих пор предполагалось.

Е:орая глава диссертации посз.тг.ена описанию экспо-, риментальной уотаяозки и методики обработки кризхж спада активности запаздизшхих нейтронов.

Суяосгзуот различные ;,:-зтсдикн измерения sirccxoi за-пазднзаюга:х шйтроноз, осцонанкне па араке пэртп;,'Оз::е ! латке й или из сжух предшественников з гззапо;Ч среде к осту . регистрация. Эта процедура лозголяет уменьшить (бон, но ' снижает вероятность регистрации групп загпзднзааимх iicíí-троноз о 040iib короткими периодам:.

Пре,сложенная каг.я методика регистрации запаздива^-д-лх нейтронов, образуются при делении ядор га ^неудснкс.: пучке циклотрона, лишена глогпх кедостаткоз, rrpncys;nx дру-гш катодам. Роль транспортировки заменена зетянчокием БЧ генератора циклотрона, которж за очень короткое вроуд прорнвает пучок частиц и синхронно включает реглетралпя. Автора газированная система обеспечивает наколгзние и ¡те-доставление шйгармавди в удобной для ралы-юйшн обработки форйо.

Таким образом создана уникальная тетодикэ ддт ::зуче-ния залаздиваигд'х пейтроноз, образующихся при делении ядер зардхенннли частицах! на введенном иучкз ииклотрона.

На рисунке I приведена эхс:1еп::.:е;г.гаяьлая установка в разреза. Сна состоит из каиерц де-еппл, г.:п:<знедор::-'ате;:я, замедлителя и детекторов кеитроноз. На рисунко 2 показана блок-схема всего из мерительного тракта. Уггранле'гие измерительным трактом осуществлялось с помощь о автоматизированной система. Автоматизированная система обеспечивает: синхронное вкх-счение регистрирующего тоэкта при запирании 24 генератора циклотрона, согласование работк всех модуле" "КАМАК", накопление к хранение кг-форм-адян и её предстаат;?-ние в удобной для визуального контроля к дальнейшей обра-бот ж порка.

Исследование выходов запаздгагж^х контролен оеу.гос?-шгяется раз.тог^шюы "жеизрнментаяьннх 'снвих распада на составлявшие у\ экспонент и и,сво,г,н_:я к рога ни» с::с?с-:.'.п

Рхс.1. Блок лыок'гороз и камора деления с ьзаядедзгкателем в разрезе.

I - основной замедлитель - куб кэ транша ; 2 - полшэютеповнй куй с ячейками для ■ 3Но-сч5тчпков ; 3 - ^Не-счётчики, 4 - свинцовая зет:та от сопутствующего У кгона, ; 5 - шЕюнедеряатель с системой охлаадения, 6 - камера деления, 7 - гржфтовнй кол-; ляматор, 8 - нкпвнь го делящегося вещества.

Рис.2. Елок схематических а програмлинх средств автоматизированной системы.

I - нредусилитель, 2 - бкстрый усилитель, 3 - спектрометрический усилитель, 4 -д::с:ф">5 - аишгагудно-даЯоогой преобразосэтсть, б - кодуль сбора запроссз, 7 - сЪормирсзаталь, 8 - считывающее устройство, 9 - общая шика КАМАКа, 10 - интерфейсная жата, II - ПК VPodoipoH" или. CI.Í-4.

Г '

Ч = ^¿и * £ак/кк и-<г «^(-МО]х

Здесь Л4 - интегральный счот, определяемый эксперимен- • татыю в течение времени = - > О-к ~ отно-

сительный выход, 7\к - постоянная распада к-ой группа запаздываниях нейтронов, а0 - скорость счета фена, ¿0 -время облучения мишени, Ицдека I обозначает номер канала анализатора, к = 1,2,... - число'неизвестных параметров. Введя для сокращения записи обозначения

(6)

с04 ^ а^лЪ } С.« = о.и/Як

получп! систему Н уравнений с (/г) + I) неизвестными душ оиродельлия параметров Ск:

Соко * I = ИЕН Г - //£ ° С7)

Б этом выражении -¿и и известны, а £. = 1,2,... п. . Вьраяение (V) представляет собой неопределенную и носовместную систему уразленкй, Кз всех величин, входящих в него, экспериментально определяется величина , кото-

рая. сильно яодвегэена статистическим флуктуациям. Для определения относительных зькодоз эти уравнения рзиаются при зад&нных ГАЛ , как по методу наименьших квадратов, так и по методу наименьшего направленного расхождения.

Результаты обработки, полученные наш, находятся з хоротм согласии с лит ера турки,® данными в пределах эксперимента;: 51шх погрешностей.

В третей г.'пга диссертации приведены основные результаты кы.:е родия относительных выходов запаздывающих нейтронов при делении изотопов свинца и висмута оС -частицами с энергиями 40, 45, 50 -'лэВ, ион£...и %о с энергиетз: 50 и 60 ;ьв.

, Анализ результатов систематических измерений показал.

1 что шходьг запаздывающих нейтронов с ростом энергии частот, вызывающих даю пне, уменьшается. На рисунке 3 показан ;характер изменения суммарных выходов в зависимости от энергии налетающей частицу, Этот эффект связи! с сокращением длины цепочки уЗ -распада предшественника. Сокращение кепочки jЗ -распада предшественника объясняется ростом числа прздделптелыпк и мгновенных нейтронов о ростом энергии возбуждения делящегося ядра.

Выявлены зависимости выходов запаздывающих нейтронов от массового числа делящегося ядра. В результате анализа экспериментальных данных установлено, что при делении изотопов положи с близким энергиями возбудде!шя выход за-ппздцвеощпх кейтрсноз растёт с увеличением массового числа. Результаты измерений приведены в таблице I.

Таблица I

Относжгелькга выходы запаздывающих нейтронов при близких энергиях возбуждения изотопов полония

Т1/2'° } ^Pifa JÎ^Po

1 Е = 30,03 МэВ |Е = 39,14 ItoB \ Е = 38,18 1ЛзВ

55,67 т I I

15,89 1,13±0,03 1,47-0,03 1,53 ¿0,05

4,55 3,77-0,23 3,99-0,23 5,63 ¿0,34

2,67 1,63 ¿0,15 1,31 - 0,21 2,24 ¿0,25

1,55 1,76 ¿0,25 2,63 ¿0,33 3,82 ¿0,53

0,43 I,19¿0,19 2,02 ¿ 0,32 4,29¿0,69

Такая закономерность з поведении выходов запаздывающих нейтронов была замечена авторами других работ при делении изотопов урана нзйтропаш, т.е. при асимметричном де-ЛЭ1ШИ, Проведенные нага исследования гоказалп, что зтот siWeKT свойственен и симметричному делении ядер. 7зльной~ епй анализ результатов эксперимента показал, что увеличение внходов запаздывающих нейтронов с ростом массового числа происходит в основном за счёт групп с короткими периодами.

Рцо.З. Зависимость суммарного вшсода запаздывающих нейтронов от анэргии налетающей частицы, о - ^Ш*,/), А - ^Ж*./), © -206Р^>.

Для выяснения характера зависимости выходов запаздывающих нейтронов от атомного номера наш били исследованы выходы загазднвающих нейтронов при делетга2^Ро и при близких энергиях возбуждения. Результаты измерений привело ни в таблице 2.

Таблица 2

Выходи запаздывающих нейронов при делении и М ы -частинами при близких энергиях возбуждения

212.

Ро

1/2*

• 208-

~г

тё(а,;)212?о ; Т1/2>

! Е = 40.41 МэВ !

В = 39.19 МэВ

55,67 15,89 4,55 2,67 1,96 0,43

1,81 ¿0,05

3,69±о,22

2,51 ¿0,35 2,83 ¿0,40 2,4^¿0,36

55,67 16,00 4,38 2,76 1,92 0,43

1,52 ¿0,26 4,38 ¿0,51 ^¿0,31 1,16 ¿0,33' 1,27 ¿0,18

Суммарный выход

14,33

8,85

Кэ таблк'Н,' видно, что выходи запаздывающих нейронов

ото '

при делении А Ро, деке пхя сравнении отдельно взятых групп, вше, чем при делении Суммарный выход запаз-

днэавгдих нейтронов при деления Ро в 1,6 раз больше, чем при делении А1, _аким образом, с увеличением атомного номера выход запаздывающих нейтронов уменьшается,

В последнем разделе граны описан метод вычисления кумулятивных выходов и параметров распределения осколяоп-[гредшестзенников. Предполагается, что распределение кумулятивных вцхояов-предшественииков описывается гауссианом

а (А)"

(8)

с

'Здесь - ширина распределения, Лр - наиболее вероятная масса, соотвотстцующая вершине распределения, 0(А) - кумулятивный выход.

По результатам из мэре кии, проведенных нами, выстелены параметры распределения кугщглятивт1х выходов при делении В1 сх-частицами с энергиями 45 и 50 ЫэВ, Результаты расчётов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметры гауссового распределения кут>улятив!шх выходов предшественников при делении -частицами

Е,, МэВ

45~~ 50

т—:--

| А^, а.е.м,

86,310,5 «4,2410,57

а.е.м,

1,58-0,40 2,43 ¿0,51

____

О,45^0,05 0,44-0,02

Сравнение значений параметров при делешш "В/ с* -частицами с энергия™ 45 и 50 МэВ показывают, что при увеличен энергии налетающей частицы ширина распределения увеличивается на Д<о2 = 0,85 а.е.м. По-видимому, это связано с уменьшением коэ№ивдента кест кости относительно асимметричной деформации вследствие увеличения его темпо-ратуры. Уме^мишю А^ с ростом энергии, как было уне отмечено, связано с большим числом эмигрирующих нейронов при высоких энергиях возбуждения.

ОСНОКЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Создана экспериментальная установка, позволяю;пая исследовать выходы запаздывающих неНтронов на выведет!ом пучке циклотрона. Также создана автоматизированная система измерения и обработки на базе ЭВМ СМ-4 и ПК "РОБОТРОН".

° Впервые проведены систематические измерения отно-

еитошшх выходов запаздывающих нейтронов при делении 206р^ 208pg ^ _частппа,(И с энергиями от 40 до

50 МэВ, иокаг,я ^Не о энергиями 50 п 60 МэВ и протонами с энергией 20 МзВ.

3. Устачсгшено, что относительные выходы запаздывающее нейтронов,при делении одного и того se изотопа, уменькают-ся с ростом энергии налетающей частицы. Этот эффект связан с ростом количества преддолитеяьннх и мгновенных нейтронов с увеличение:! энергии возбуждения делящегося ядра.

4, Подтгерлдено, что ,уволичо1ше относительных выходов запаздывающих нейтронов с ростом массового числа делящегося элемента имеет место я в случае симметричного деления.

5. Расотааш куиулятязкио выхода продгоственпяков

çnq

заяаздисалгда: нейтронов при деления BL Ы -частицам! с йнергютл *Î5 ц 50 1,!эВ. Показано, что распределение кумуля-тлнппх В1ГС0ДСЗ окксстается гауссианом. Результаты анализа пор актерда рзспродаяеття подтвердили тот фага, что при угэлигеппл энергии гогбугдошш выхода запаздывающих нейтронов угеныгавтея,

Оснотто i розультгт? _яяссвртаиия опубликопзнн в, работах:

1. УршзЗаев 3,С,, Рамазоноэ ?. Зппсзяпзиэтзга нейтрона з реакции ' {a, f). ~ Кзтз.АН КкССР, сэр.йяз.-мя?. -1985.- Я 2. -<;.G9-7I*

2. Игнатьев C.B., Мапсогвнко Г>.П», Рамаэаиоз Р., Урпу.бз-ев З.С. Исследования относительных вихедоз зйпзздозпв-пкх кейгрошзэ щи делении З1гсг,<ута~203 зарякзншам частицами. - Изв.АН КазССР. сер.физ.-мат.-КеЗ". -.'¡2.-с. 5155.

3. Игнатьев C.B., Максютенко Б.П., Рамззанов Р., Толсти-ков В.Н., Урикбаез З.С. К^глглятишке выходы запазднпа-а-щнх нейтронов яря делении В1 oî-частицами о энергией 5D МэВ.- Изз.АН КазССР, сор.Лиз.-мат. - I98S. -йэ. -с.53-60.

4. Рамззанов Р., Толсти ков В.Н., Урикйаев З.С., Янка Р.Р. -Запаздывающие нейтроны при симметричном способе деления. Изв.АН КазССР, сер.<Тиз.-мат.. - 1988. № М, -с.52~54.

5. Рамазанов Р., Урикбаев З.С., Максютенко Б.П., Игнатьев С.В, Запаздывающие нейтроны np-л делешш изотопов полония. - ЯЗ. -IS83. vr.47. -с.1530-1533.

;6, Рамазанов Р., Урпкбеев З.С. Исследование запаздывающих нейтронов при делешш изотопов свинца зарякеннымп частицам;. - Твз.доки.Мездогн.конф. "50 лет делешио ядер", IS-20 октября, 1989. 1989, с.129.

7. Игнатьев C.B., Максютенко Б.II,, Рамазанов Р., Урикба-ев З.С. Относительнее выходы запаздывающих нейтронов при делении 2о3[/ оС -частицами. -ЯФ. -1289. -т.50. -с. 639-641.

8. Рамазанов Р., Урккбаев З.С. Исследование-запаздывающих нейтронов при делении изотопов полония. - Изв.АН КазОСР, сер.фкз.-мат. -1989. -iß. -с.45-48,

9. Асанов Т.Е., Рамазанов р., Урикбаев З.С, Экспериментальная установка и автоматизированная система для измерения спада активности запаздывающих нейтронов при делении ядер заряженными частицам. - Алма-Ата, 1992. -10 с. (Препринт/ ИЯЗ АН КазССР: 2-92).

Ш1 "Принт" АН PK, 4е0002, Алма-Ата Подписано в печать II.Ol.1993 г. Заказ 282-1СЦ. Бумаге '¿ип..'.'2 Ь0х84/1ь ■ Усл. г..л. 1,00