Проведення експериментальних вимірів перерізів ядерних реакцій (n, x) при енергії нейтронів 14,5 МеВ та функцій збудження ядерних реакцій (n, x) в діапазоні енергій нейтронів 13,5-14,6 МеВ. Отримання інформації про механізми протікання ядерних реакцій.
При низкой оригинальности работы "Дослідження перерізів ядерних реакцій (n, x) на ядрах Y, La, Ta, Pb, Bi при енергії нейтронів 14 МеВ", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Однією з найбільш важливих областей ядерної фізики, що викликає незмінний інтерес, є дослідження взаємодії швидких нейтронів з атомними ядрами. Порівнюючи результати теоретичних розрахунків з експериментальними даними можна отримати інформацію про механізми протікання ядерних реакцій. Відповідні теоретичні моделі та вибраний набір параметрів для цих моделей можуть бути використані для теоретичних оцінок у випадку, коли експериментальні дані відсутні або недостатньо надійні. Таким чином, одержання нової та уточнення існуючої експериментальної інформації про процеси взаємодії швидких нейтронів з атомними ядрами, перевірка застосовності теоретичних моделей до описів процесів взаємодії та визначення на основі порівняння розрахунків з експериментальними даними механізмів протікання ядерних реакцій є актуальним питанням нейтронної фізики, вирішення якого буде сприяти не тільки розширенню теоретичних уявлень про механізми взаємодії, але також буде сприяти прогресу в ядерній енергетиці та інших областях науки і технології. Безпосередньо автором на основі моделювання експерименту та аналізу результатів попередніх опромінювань досліджуваних зразків оптимізовано умови проведення експерименту для кожної із досліджуваних ядерних реакцій; проведено вимірювання та оброблено 237 гамма-спектрів ядер продуктів активації та 183 гамма-спектри калібрувальних джерел; запропоновано використовувати Zr/Nb метод для визначення енергії нейтронів, побудовані енергетичні залежності перерізів реакцій 90Zr(n, 2n)89(g 0,9377m)Zr, 93Nb(n, 2n)92MNB та відповідно Zr/Nb відношення в діапазоні енергій нейтронів 12?17 МЕВ; запропоновано використання методу Монте-Карло для врахування ефекту поглинання гамма-квантів у зразках, створено алгоритм та проведені розрахунки, експериментально доведено коректність методики врахування цього ефекту; на основі відомих методів врахування ефекту каскадного додавання гамма-квантів створено алгоритм та проведені розрахунки для конкретних умов вимірювання гамма-спектрів, експериментально доведено коректність методики врахування цього ефекту; проведені теоретичні розрахунки для більшості досліджених в роботі перерізів ядерних реакцій (n, x) при енергії нейтронів 14,5 МЕВ та функцій збудження в діапазоні енергій нейтронів 10?20 МЕВ за допомогою програми STAPRE-H95.В першому розділі обгрунтовується вибір методики експерименту, наводиться опис основних експериментальних установок, методу визначення величин перерізів ядерних реакцій (n, x) та методу оптимізації умов проведення експерименту, проводиться аналіз похибок. За рахунок розташування зразків під різними кутами відносно вісі пучка дейтронів середня по зразку енергія нейтронів змінюється від 13,5 до 14,6 МЕВ. В розрахунках за допомогою цієї програми враховувались реальні розміри джерела нейтронів і зразків. При опромінюванні зразків в геометрії “впритул до джерела нейтронів” (відстань джерело нейтронів-зразок ? 4 мм) не мало сенсу виготовляти зразки діаметром менше розмірів джерела нейтронів (10 мм), тому що це не приводило до значного зменшення ширини на половині висоти усередненого по зразку спектру нейтронів. В другому розділі пояснюється вибір ядер для дослідження, детально розкривається процедура вибору та оптимізації умов проведення експерименту в кожному окремому випадку, приводяться результати вимірювань перерізів ядерних реакцій (n, x) на ядрах Y, La, Ta, Pb і Bi при енергії нейтронів 14,5 МЕВ та функцій збудження ядерних реакцій (n, x) на ядрах Ta і Pb в діапазоні енергій нейтронів 13,5?14,6 МЕВ, на основі порівняння з результатами досліджень інших груп експериментаторів показано новизну здобутих результатів.При енергії нейтронів 14,5 МЕВ: Вперше виміряно максимальні значення величин перерізів ядерних реакцій 138La(n, a)135MCS та 139La(n, n?a)135MCS. За рахунок використання антикомптонівського гамма-спектрометра уточнено значення величини перерізу ядерної реакції 139La(n, t)137MBA. В діапазоні енергій нейтронів 13,5?14,6 МЕВ: Вперше виміряно функцію збудження ядерної реакції 181Ta(n, a)178GLU у вказаному діапазоні енергій нейтронів. Результати незалежних вимірювань суттєво змінюють хід функції збудження ядерної реакції 181Ta(n, d)180MHF у вказаному діапазоні енергій нейтронів.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
При енергії нейтронів 14,5 МЕВ: Вперше виміряно максимальні значення величин перерізів ядерних реакцій 138La(n, a)135MCS та 139La(n, n?a)135MCS. За рахунок використання антикомптонівського гамма-спектрометра уточнено значення величини перерізу ядерної реакції 139La(n, t)137MBA. Знято неоднозначність щодо значення величини перерізу ядерної реакції 208Pb(n, a)205(m g)Hg.
В діапазоні енергій нейтронів 13,5?14,6 МЕВ: Вперше виміряно функцію збудження ядерної реакції 181Ta(n, a)178GLU у вказаному діапазоні енергій нейтронів. Представляє інтерес подальше дослідження функції збудження цієї реакції в області 15?16 МЕВ.
Результати незалежних вимірювань суттєво змінюють хід функції збудження ядерної реакції 181Ta(n, d)180MHF у вказаному діапазоні енергій нейтронів. Знято неоднозначність стосовно ходу функції збудження ядерної реакції 181Ta(n, a)178MLU у вказаному діапазоні енергій нейтронів.
Виміряно функцію збудження ядерної реакції 208Pb(n, p)208Tl у вказаному діапазоні енергій нейтронів. Результати вимірювань значно змінюють хід функції збудження цієї реакції в діапазоні енергій нейтронів 13,5?14,3 МЕВ та уточнюють дані робіт інших авторів.
Отримані здобувачем експериментальні результати можуть суттєво вплинути на оцінені дані по ядерним реакціям 181Ta(n, a)m g, 206Pb(n, a), 208Pb(n, p), 208Pb(n, a)m g.
Теоретичні розрахунки.
Проведені автором представленої роботи теоретичні розрахунки в рамках статистичної та екситонної моделей вказують на значний внесок нерівноважних процесів в величини перерізів ядерних реакцій (n, x) у випадку емісії заряджених частинок.
Список литературы
Бегун С.В., Каденко И.Н., Майданюк В.К., Неплюев В.М., Применко Г.И., Тараканов В.К. Сечения ядерных реакций (n,x) на ядрах 89Y, 139La и 181Ta при энергии нейтронов 14,6 МЭВ // Известия РАН. - Серия физическая. - 2000. - Т. 64, № 5. - С. 1017-1018.
Бєгун С.В., Каденко І.М., Майданюк В.К., Неплюєв В.М., Применко Г.І., Тараканов В.К. Функція збудження ядерної реакції 181Ta(n, a)178GLU в діапазоні енергій нейтронів 13,5?14,6 МЕВ // Вісник Київського університету. - Серія фізико-математичні науки. - 2001. - Вип. № 1. - С. 396-400.
Бєгун С.В., Каденко І.М., Майданюк В.К., Неплюєв В.М., Применко Г.І., Тараканов В.К. Визначення перерізів ядерних реакцій (n, x) на свинці та вісмуті при енергії нейтронів 14,6 МЕВ // Збірник наукових праць Інституту ядерних досліджень. - К.: Інститут ядерних досліджень НАН України, 2001. - № 2(4). - С. 53-55.
Begun S.V., Kadenko I.M., Maidanyuk V.K., Neplyuev V.M., Plujko V.A., Primenko G.I., Tarakanov V.K. Determination of the cross sections of (n, x) nuclear reactions on Y, La, Ta, Pb and Bi at the energy of neutrons about 14 MEV // Journal of Nuclear Science and Technology. - 2002. - Suppl. 2, Vol. 1. - P. 425-428.
Бегун С.В., Желтоножский В.А., Каденко И.Н., Майданюк В.К., Неплюев В.М., Применко Г.И., Тараканов В.К. Определение сечений ядерных реакций (n, x) на Ta при энергии нейтронов 14,6 МЭВ // Тезисы докладов Международной конференции поядерной физике “50 лет ядерным оболочкам”, 21-24 апреля 1999 г., г. Дубна, Россия. - Санкт-Петербург: Российская АН. - 1999. - С. 323.
Бегун С.В., Каденко И.Н., Майданюк В.К., Неплюев В.М., Применко Г.И., Тараканов В.К. Сечения ядерных реакций (n, x) на Pb и Bi при энергии нейтронов 14,6 МЭВ // Тезисы докладов Международной конференции поядерной физике “Кластеры в ядерной физике”, 14-17 июня 2000 г., г. Санкт-Петербург, Россия. - Санкт-Петербург: Российская АН. - 2000. - С. 309.
Бегун С.В., Каденко И.Н., Майданюк В.К., Неплюев В.М., Плюйко В.А., Применко Г.И., Тараканов В.К. Функции возбуждения реакций (n, x) на Ta и Pb в диапазоне энергий нейтронов 13,5?14,6 МЭВ // Тезисы докладов Международной конференции поядерной физике “Свойства возбужденных состояний атомных ядер и механизмы ядерных реакций”, 3-8 сентября 2001 г., г. Саров, Россия. - Саров: Российский Федеральный ядерный центр Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики. - 2001. - С. 203.
Begun S.V., Kadenko I.M., Maidanyuk V.K., Neplyuev V.M., Plujko V.A., Primenko G.I., Tarakanov V.K. Determination of the cross sections of (n, x) nuclear reactions on Y, La, Ta, Pb and Bi at the energy of neutrons about 14 MEV // Abstracts. International Conference on Nuclear Data for Science and Technology “Embracing the Future at the Beginning of the 21st Century”, October 7-12, 2001, Tsukuba, Japan. - Tsukuba (Japan). - 2001. - P. 1.3-P-47.
Begun S.V. Investigation of the Cross Sections of (n, x) Nuclear Reactions on Y, La, Ta, Pb, Bi at the Energy of Neutrons 14 MEV. ? Manuscript.
Thesis for the Candidates of Sciences degree (Physics and Mathematics).
01.04.16 ? Physics of the Nucleus, Elementary Particles and High Energies. Institute for Nuclear Research, National Academy of Sciences of Ukraine. Kyiv, 2003.
Experimental procedure. The samples under study were irradiated by 14 MEV neutrons produced by neutron generator NG-300/15. The reaction T(d, n)4He was used. Ions D2 of the beam was accelerated to energy 220 KEV. The diameter of deuteron beam on the T-Ti target was 10 mm. The average neutron flux density at the irradiation points was determined by using monitor-samples; to do this, the samples were covered by two foils of Nb, Zr or Al. The reference reactions for the flux density measurements were 27Al(n, p)27Mg, 27Al(n, a)24Na, 90Zr(n, 2n)89(g 0.9377m)Zr and 93Nb(n, 2n)92MNB. The energy dependence of the cross sections for reactions 93Nb(n, 2n)92MNB and 90Zr(n, 2n)89(g 0.9377m)Zr were evaluated. These excitation functions were used for determination of average neutron energy at the irradiation points by Zr/Nb method. The samples of Y and Ta were covered by Cd foils to reduce the influence of the thermal neutrons. The samples of natural Y, La, Ta, Pb and Bi were examined on purity by preliminary X-ray fluorescent analysis and by neutron activation method.
As a first stage, the samples were irradiated in “close” geometry (distance to T-Ti target » 4 mm). Diameter of samples were 12?15 mm with thickness from 10 mm to 2 mm. The average neutron flux density at this geometry was ~1.5?109 cm-2?s-1; corresponding average neutron energy (14.50±0.04) MEV. The energy resolution in this case was 0.18 MEV=(FWHM)/2. The value of full width at half maximum (FWHM) was derived from the calculated neutron energy profile. The conditions of experiment for measurements of excitation functions of (n, x) reactions on Ta and Pb were optimized using results obtained for 14.5 MEV neutron average energy (“close” geometry of irradiation). As a result of this optimization the following conditions have been chosen: distance to T-Ti target - 75 mm; diameter of samples - 30 mm; thickness of samples - 100?800 mm. The angles of the irradiation position to the D2 beam were 0°, 30°, 60°, 90°, 120° and 150°. The average neutron flux density at this geometry was ~1.3?107 cm-2?s-1.
The spectra of activation products were measured both by in-line gamma-spectrometer with Ge(Li)- and HPGE- detectors and by four-crystals Compton suppression spectrometer. Some of the gamma-spectra were measured using W or Pb filters in order to reduce the influence of intensive low energy gamma-radiation. Most of the spectra were measured in close geometry. The corrections on true coincidence summing were applied. The method was controlled experimentally by measurements of some spectra in “close” and “far” geometries. The corrections on self-absorption of gamma-rays in the sample material were made by Monte-Carlo method. These corrections also were experimentally checked by comparing the corrected results with that ones obtained with thin samples when self-absorption was negligible. All data on the decay of radioactive nuclei were taken from. Information on the Q-values of the nuclear reactions also was taken into account.
Main experimental results. New experimental results were obtained for 138La(n, a)135MCS, 139La(n, n?a)135MCS and for 181Ta(n, a)178GLU nuclear reactions. Determined results for 181Ta(n, d)180MHF and 208Pb(n, p)208Tl significantly improve existing experimental information. Experimental results for 181Ta(n, a)178MLU and 208Pb(n, a)205(m g)Hg reactions remove the ambiguity concerning the values of the cross sections of these nuclear reactions.
Measured values of nuclear reactions cross sections could significantly affect evaluated data for subsequent nuclear reactions: 181Ta(n, a)m g, 206Pb(n, a), 208Pb(n, p), 208Pb(n, a)m g.
Theoretical calculations. The code STAPRE-H95 was used for theoretical calculations of the nuclear reactions cross sections. The nuclear reactions cross sections were calculated within the framework of the multistep statistical model. The preequilibrium processes were taken into account by means of exciton model. The unified set of theoretical parameters for this region of neutron energies were used. The theoretical parameters were taken from systematics. A comparison of the theoretical calculations with experimental data shows the great contribution of the preequilibrium processes to the nuclear reaction cross sections, in particular it reaches almost 99 % in (n, p) reactions.
Бєгун С.В. Дослідження перерізів ядерних реакцій (n, x) на ядрах Y, La, Ta, Pb, Bi при енергії нейтронів 14 МЕВ. ? Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук. 01.04.16 ? Фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій.
Інститут ядерних досліджень Національної академії наук України. Київ, 2003.
Виміряно перерізи ядерних реакцій (n, x) на ядрах 89Y, 138La, 139La, 181Ta, 204Pb, 206Pb, 208Pb і 209Bi при енергії нейтронів 14,5 МЕВ та функції збудження ядерних реакцій (n, x) на ядрах 181Ta, 204Pb, 208Pb в діапазоні енергій нейтронів 13,5 ? 14,6 МЕВ. Переважно це реакції з вильотом заряджених частинок. Здобуті нові експериментальні результати та уточнено результати інших груп експериментаторів. Усунено ряд неоднозначностей стосовно значень величин перерізів ядерних реакцій (n, x) в діапазоні енергій нейтронів 13,5?14,6 МЕВ.
Результати теоретичних розрахунків в рамках статистичної та екситонної моделей вказують на значний внесок нерівноважних процесів в величини перерізів ядерних реакцій (n, x) у випадку емісії заряджених частинок.
Бегун С.В. Исследование сечений ядерных реакций (n, x) на ядрах Y, La, Ta, Pb, Bi при энергии нейтронов 14 МЭВ. ? Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. 01.04.16 ? Физика ядра, элементарных частиц и высоких энергий.
Институт ядерных исследований Национальной академии наук Украины. Киев, 2003.
Измерены сечения ядерных реакций (n, x) на ядрах 89Y, 138La, 139La, 181Ta, 204Pb, 206Pb, 208Pb, 209Bi при энергии нейтронов 14,5 МЭВ и функции возбуждения ядерных реакций (n, x) на ядрах 181Ta, 204Pb, 208Pb в диапазоне энергий нейтронов 13,5 ? 14,6 МЭВ. В основном это реакции с вылетом заряженных частиц. Получены новые экспериментальные результаты, уточнены результаты других групп экспериментаторов. Устранено ряд неоднозначностей касающихся значений величин сечений ядерных реакций (n, x) в диапазоне энергий нейтронов 13,5 ? 14,6 МЭВ.
Результаты теоретических расчетов в рамках статистической и экситонной моделей указывают на значительный вклад неравновесных процессов в величины сечений ядерных реакций (n, x) в случае эмиссии заряженных частиц.
