ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 11, с. 1686-1688
УДК 539.173.4, 539.173.8
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ПОИСКУ НЕЙТРОННЫХ ЯДЕР НА ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ
© 2007 г. В. А. Варлачев, А. А. Гарапацкий, Г. Н. Дудкин, В. Н. Падалко, В. С. Скуридин,
Е. С. Солодовников, Е. В. Чибисов
Федеральное государственное научное учреждение "ИИИядерной физики", Томск
E-mail: dudkin@npi.tpu.ru
На ядерном реакторе выполнен эксперимент по попеку нейтронных ядер в реакции деления ядер 235U нейтронами. Исследована гипотетическая реакция 122Te(xn, (x - k)n) + ^Te ^ (в-) ^ 122 + (x = = k > 10). Был использован радиохимический метод выделения изотопов иода из теллура. Получен верхний предел на вероятность образования нейтронных кластеров: 10п-кластер - Pk ^ 10-8 (деление)-1, 11п-кластер - Pk ^ 10-9 (деление)-1.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема стабильности ядер, состоящих из одних нейтронов, давно является объектом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований. Открытие нейтронных ядер или хотя бы долгоживущих нейтронных кластеров в ядрах имело бы огромное значение для всей ядерной физики, так как повлекло бы за собой кардинальное изменение наших представлений о нуклон-нуклон-ном взаимодействии.
К проблеме существования легких нейтронных ядер вновь привлекли внимание положительные результаты последних экспериментов по обнаружению тетранейтрона:
• в реакции 12С + 14Ве при энергии 30 МэВ/нук-лон [1];
• в эксперименте с пучком 8Не зарегистрировано 12 событий, соответствующих связанному кластеру 4п в канале а - 4п [2];
• в реакции d(8He, ^)4п [3].
Однако в эксперименте [4], при исследовании реакций 11С)3п и 10С)4п под малыми
углами с использованием новой методики на основе магнитного сепаратора МАСЭ, несмотря на высокую чувствительность к редким событиям, в системах трех и четырех нейтронов не удалось обнаружить не только связанных, но и квазистационарных состояний.
Для поиска нейтронных ядер можно использовать реакции спонтанного и вынужденного деления ядер. В большинстве случаев (>99%) ядро делится на два осколка, которые, сбрасывая два-три нейтрона, переходят в стабильное состояние через длинные цепочки ^ -распадов. С существенно меньшей вероятностью наблюдается деление на три осколка. В этом случае помимо двух тяжелых осколков испускаются в основном а-частицы, а также легкие нейтронно-избыточные изотопы во-
дорода, гелия, лития. Исследования показали, что такие частицы образуются в самый момент деления и вылетают преимущественно перпендикулярно направлению движения тяжелых осколков и что наиболее вероятным местом их вылета является шейка делящегося ядра, сильно переобогащенная нейтронами. Можно ожидать, что в тройном делении должен наблюдаться вылет не только нейтронно-избыточных изотопов легких элементов, но и мультинейтронных кластеров, если они существуют.
В [5] предложен активационный метод поиска нейтронных ядер из тройного деления 238и быстрыми протонами. В качестве активируемого образца предлагается использовать обогащенный изотоп 130Те. В этом случае в реакции 130Те(хп, (х -к)п)130 + *Те ^ (в-) ^ 130 + к1 могут быть получены радиоактивные ядра теллура и иода с характерными у-линиями. Недостаток этого эксперимента мы видим в том, что для исследований используется обогащенный самый тяжелый изотоп теллура. В результате реакции (п, у), имеющей достаточно большое сечение на тепловых и резонансных нейтронах, будет образовываться большое количество ядер 131Те ^ в- ^ 1311 с Г1/2 = 8.05 сут, интенсивность у-линий которых затруднит выделение исследуемой реакции.
Нами предлагается провести подобный эксперимент, но на ядерном реакторе и с высокообога-щенным изотопом 122Те. Предполагается искать реакции 122Те(хп, (х - к)п)122 + *Те ^ (в-) ^ 122+к1, с минимальной передачей активируемому изотопу 122Те десяти нейтронов, т.е. х = к > 10. Аргументация для проведения такого эксперимента следующая.
1. Отрицательные результаты по поиску легких нейтронных ядер нельзя считать доказательством отсутствия нейтронных ядер как таковых. Даже если легкие нейтронные ядра нестабильны, это не
1686
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ПОИСКУ НЕЙТРОННЫХ ЯДЕР 1687 Изотопный состав мишени диоксида теллура-122
Изотоп 120Те 122Те 123Те 124Те 125Те, 126Те 128Те 130Те
% < 0.001 99.6 ± 0.1 0.1 ± 0.03 0.2 ± 0.01 <0.01 0.05 ± 0.01 0.05 ± 0.01
означает, что более тяжелые ядра также будут нестабильными. Последнее утверждение требует определенных доказательств, как теоретических, так и экспериментальных, которые в настоящее время, к сожалению, отсутствуют.
2. В тепловой области энергий нейтронов сечения ^-положительных реакций достигает значений 103 б. Так как в активной зоне ядерного реактора за счет бериллиевых отражателей и бериллиевых ловушек образуется поток тепловых нейтронов с максимально высокой плотностью, можно предположить, что с максимально высокой плотностью образуется и поток нейтронных кластеров тепловых энергий, что может значительно увеличить вероятность обнаружения таких кластеров.
3. За счет использования обогащенного изотопа 122Те содержание 130Те составляет 0.05%, что резко снижает выход изотопа 1311, создающего основной у-фон.
1. ЭКСПЕРИМЕНТ
Эксперимент был выполнен на исследовательском реакторе ИРТ-Т ФГНУ "НИИ ядерной физики", г. Томск. Мишень из диоксида теллура Те02 массой 0.5 г, имеющая изотопический состав, представленный в таблице, плавили в кварцевой кювете при температуре 740-750°С с целью отжига органических примесей.
Полученная после охлаждения стекловидная масса герметично запаивалась в кварцевой кювете и помещалась для облучения в центре активной зоны реактора в бериллиевую "ловушку" с каналом для облучения образцов. Плотность потока тепловых нейтронов в канале ~ 1.2 • 1014 н • см 2 • с-1. Время облучения составило 2.4 ч и ограничивалось величиной активности изотопа 1311, образующегося по реакции 130Те(п, у)131Те ^ (в-) ^ 1311. После облучения из мишени путем сухой возгонки выделялись изотопы иода по технологии получения иода для производства радиофармацевтического препарата "О-иодгиппурата, 1231". Эффективность выделения составила 86% при общей длительности процесса сублимации 20 мин [6]. Полученный 1 мл спиртового раствора с десорбирую-щимися из мишени изотопами иода частями наносился на фильтровальную бумагу и в результате испарения спирта при комнатной температуре на бумаге оставался сухой остаток с выделенным иодом. Далее образец помещался в Р,у-счетчик, который в свою очередь помещался на входное окно Ge(Li)-детектора объемом 100 см3. Счетчик Р,у-частиц представляет собой пластический сцин-
тиллятор диаметром 40 мм и высотой 10 мм, находящийся в оптическом контакте с фотоумножителем ФЭУ-85.
Сигналы с Р,у-счетчика и с Ge(Li)-детектора подавались через формирователи импульсов на вход схемы совпадений с разрешающим временем 0.5 мкс, которая управляла работой амплитудного анализатора при анализе импульсов с Ge(Li)-де-тектора. Для защиты от фона детекторы окружены со всех сторон свинцовой защитой толщиной 10 см. В результате уровень фона в энергетическом диапазоне 0.5-1.5 МэВ на интервале ЬЕ = 6 кэВ составлял 4 имп/сут. Энергетическое разрешение детектора по линиям 60Со (1173.24, 1332.5 кэВ) определено равным 3%. Эффективность регистрации определена по эталонному источнику Еи-152 для интервала энергий у-квантов 200-1400 кэВ и лежит в диапазоне 2.5-0.5%. Эффективность Ру-, уу-совпадений определялась из соотношения интенсивности линий у-квантов в режимах работы анализатора импульсов при запуске от схемы совпадений и при внутреннем запуске.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерение спектра у-квантов из образца с выделенным иодом проводилось в течение 24 ч, с выводом информации через 1 ч. Идентификация изотопов иода проводилась путем определения периодов полураспада по измеренной зависимости интенсивности линий у-квантов во времени и по энергии у-квантов. На рис. 1 представлен спектр у-квантов в диапазоне энергий 380-785 кэВ, на рис. 2 - в диапазоне энергий 760-1568 кэВ.
Идентификация показала, что в спектре присутствуют у-линии изотопов иода 1231, 1241, 1301, 1311, тогда как предварительный анализ возможных фоновых реакций показал, что в спектре должны присутствовать только у-линии изотопа 1311. Оказалось, что в результате технической ошибки оператора системы сухой возгонки иода выделение иода из теллура, облученного нейтронами на реакторе, проводилось на той же системе, где несколько часов ранее извлекался иод из теллура, облученного дейтронами на циклотроне. В результате произошло загрязнение образца парами изотопов иода 1241, 1251, I, 1301, осевшими на трубах и стенке камеры. В спектре не наблюдаются линии 1321, Т1/2 = 2.29 ч (Е = 667.7 кэВ, Ь = 98.7%; Е =772.6 кэВ, Ь = 75.6%; Еу = 812.0 кэВ, Ь = 5.5%; Е = 954.5 кэВ, Ь = = 17.6%) и 1331, Т1/2 = 20.8 ч (Е = 529.87 кэВ, Ь = 87%; Еу = 875.3 кэВ, Ь = 4.5%; Еу = 1298.2 кэВ, Ь = 2.3%). Здесь Т1/2 - период полураспада изотопа, Ь - интенсивность соответствующей линии у-кванта. Одна-
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 < 11 2007
1688
ВАРЛАЧЕВ и др.
N 12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
Рис. 1. Спектр у-квантов в диапазоне энергий 380-760 кэВ.
Пики: 1, 9, 11 - 1301; 2, 4, 5 - 1231; 3, 6, 7 - 1241; 8, 70 - 1311.
ко необходимо учесть, что загрязнение другими изотопами иода подняло уровень комптоновской подложки минимум на два порядка, поэтому планируется проведение нового эксперимента в осенне-зимнюю кампанию реактора.
В качестве предварительного результата оценим верхний предел вероятности образования нейтронного кластера в делении ядер и нейтронами из реакций прямой передачи 10 и 11 нейтронов ядру 122Те. Для выполнения оценок сделаем следующие предположения.
1. Образовавшийся при делении ядра 235и нейтронный кластер обладает свойствами, характеризующими процессы поглощения, рассеяния, замедления, близкими с обычным нейтроном, образовавшимся при делении.
2. При выполнении условия 1 в бериллиевой "ловушке" в центре активной зоны реактора плотность потока нейтронных кластеров тепловой энергии будет равна Jk = JnPk, где Jn - плотнос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.