Способ регистрации тяжелых ядерных частиц

 

СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ, включающий измерение удельной ионизации этих частиц и полной энергии, отличающийс я тем, что, с целью одновременной идентификации зарядовых 2 и массовых М чисел тяжелых осколков спонтанного ядерного деления известного изотопа,измеряют величину удельной ионизации тяжелых осколков спонтанно делящегося ядра с известным изотопным выходом,устанавливают по максимальному выходу изотопов их зарядовое число для определения универсальной константы С удельной ионизации тяжелых осколков, затем находят Z осколка спонтанно делящегося известнрго изотопа по величине удельной ионизации, равной CZ а его § массовое число устанавливают по полной энергии осколка, по полной энерW гии делящегося ядра и по соответствующему значению /Н дефекту массы .

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)4 G 01 T 1/38.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 364 I 776/24-25 (22) 14. 09. 83 (46) 30.09.85. Бюл. 9 36 (72) Г.Н. Зорин (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 539.1.074.9 (088.8) (56) Патент ФРГ Ф 1769289, кл. В 01 D 59/30, 1967.

CarI Е. Anderson et aI Simuitaneous nucIide identification. and

energy measurement of nucIear reaction products. NucI. Jnstr. and Neth, 13, 238, 196 1. (54)(57) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ

ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ, включающий измерение удельной ионизации этих частиц и полной энергии, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью одновременÄÄSUÄÄ 1156484 ной идентификации зарядовых Z H массовых М чисел тяжелых осколков спонтанного ядерного деления известного изотопа, измеряют величину удельной ионизации тяжелых осколков спонтанно делящегося ядра с известным изотопным выходом, устанавливают по максимальному выходу изотопов их зарядовое число для определения универсальной константы С удельной ионизации тяжелых осколков, затем находят осколка спонтанно делящегося известного изотопа по величине удельной ионизации, равной CZ, à его массовое число устанавливают по полной энергии осколка, по полной энергии делящегося ядра и по соответствующему значению Я дефекту массы..

1156484

f0 х С 2(З ) 15

25

dE =A ФФ /) hAZ

dx Е

30 (3) эфф =2

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики и может быть использовано в физических лабораториях, занимающихся экспериментальными исследованиями деления атомных ядер.

Известен способ идентификации радиоизотопов, основанный на селективности фильтров по отношению к элементной принадлежности осколков деления.

Недостатками такой идентификации осколков деления являются отсутствие информации о массовых числах осколков деления и значительное время фильтрации, в результате которой отсекается информация о короткоживущих изотопах.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному язляется способ регистрации нерелятивистских ядерных частиц, включающий измерение их удельной ионизации — и полной с1Е

dr энергии Е, где где P = const, ф — эффективное зарядовое число атомного ядра, N его массовое число, согласно которому в результате откладывания на одной из осей плоскости многомерного анализатора dE 3 х|а на другой получают гиперболы с/Е р

> E-mz, (z) сЯХ МФ принадлежащие каждому из изотопов.

Недостатком данного способа идентификации продуктов ядерных реакций является то, что равенство выполняется только в диапазоне атомных ядер от водорода до кислорода с энергиями несколько ИэВ и больше на нуклон. Вследствие этого принципиально невозможно идентифицировать изотопы по величине (2) с большим, чем у кислорода, и с энергиями, меньшими чем несколько

МэВ/нуклон, из-за ухудшения изотопного разрешения этого метода в результате перезарядки, нарушающего равенство (3). Так, согласно формуле Бора, для тяжелых осколков спонтанного ядерного деления, имеющих 0,5-1 ИэВ/нуклон, где D = const Ч вЂ” начальная скорость осколка после акта деления.

Тогда для них их удельная ионизация (1) где C= const В результате исчезновения в формуле (5) зависимости от энергии осколка E и от его массового числа д гипербола вырождается в прямую вдоль оси Е, Поэтому известным способом невозможно идентифицировать изотопы спонтанного ядерного деления.

Цель изобретения — одновременная идентификация зарядовых (Z) и массовых (М) чисел тяжелых осколков спонтанного ядерного деления известного изотопа.

Цель достигается тем, что при регистрации тяжелых ядерных частиц способом, включающим измерение удельной ионизации этих частиц и полной их энергии, измеряют величину удельной ионизвции тяжелых осколков спонтанно делящегося ядра с известным изотопным выходом, устанавливают по максимальному выходу изотопов их зарядовое число для определения универсальной константы (С) удельной ионизации тяжелых осколков, затем находят 2 осколка спонтанно делящегося известного изотопа по величине удельной ионизации равной C2, à ei o массовое число устанавливают по полной энергии

-осколка, по полной энергии делящегося ядра и но соответствующему значению А дефекту массы.

Измерение величины удельной ионизации тяжелых осколков спонтанно делящегося ядра с известным изотопным выходом позволяет установить универсальную константу С по максимальному выходу изотопов. Надежность такого определения увеличивается из-за совмещения всех изотопных линий в одной. Затем устанавливается электрод со слоем исследуемого делящегося вещества. Благодаря установлению С идентифицируется по Z каждый тяжелый осколок этого делящегося вещества по

1156484

Так как для каждой пары осколков, образующихся в одном акте деления, существует только одна величина дефекта массы

: дм=м,-(м,+а„), величине измеряемой удельной ионизации, равной С2, После идентификации 2 осколка устанавливается

его массовое число измерением его полной кинетической энергии, а также по полной энергии делящегося ядра и по соответствующему значению М дефекту массы.

Способ реализуется следующим образом.

Берется телескоп ("Е, Е состоя dх щий из плоскопараллельной ионизационной камеры и поверхностно-барьерного полупроводникового детектора.

Перед поверхностно-барьерным детектором со стороны инверсионного слоя размещен электрод ионизационной камеры с нанесенным на него тонким слоем делящегося вещества,за

20 которым следует пластина из непроводящего материала с проделанными в ней коллиматорами. Вторым электродом служит золотой контакт полупроводникового детектора, который заземлен. Тяжелые осколки после коллимации, обеспечивающей минимальный разброс по пробегам, пролетают чувствительный объем ионизационной камеры и попадают в полупроводниковый детектор. Сигнал ионизационной ка30 меры, пропорциональный величине удельной ионизации осколка, снимают с электрода со слоем делящегося вещества, на который подают высокое положительное напряжение. A сигнал, пропорциональный величине кинетической энергии, снимают с алюминиевого контакта полупроводникового детектора, на который подают положительное смещение. После откладывания на одной из осей плоскости многомерного анализатора величины (5), регистрируемой dЕ (dх — детектором, а на другой — величины кинетической энергии осколка, регистрируемой детектором по полному поглощению, точки, принадлежащие осколкам с одним и тем же Z, расположатся на прямой, параллельной оси энергии:

2З, 50

d EIdx, С2 (6) где М вЂ” масса известного спонтанно делящегося изотопа, М и ЛЛл— соответственно массы тяжелого и легкого осколков, то, как следует из кинематики, каждый осколок из такой пары обладает характерной для него начальной кинетической энергией: (Z Ю)дИ Е - E (М /M„) (.s) (Z+Ne) >Ne E„e Е.ге(Мте(1ле) где Я вЂ” число нейтронов в тяжелом осколке, Ер и E — соответственно полная энергия деления известного спонтанного изотопа и кинетическая энергия тяжелого осколка. В результате прямая, ответственная за осколка (6), будет разбита на отдельные группы, каждая из которых будет принадлежать только одному из изотопов. Из-за зависимости в сильной степени средней кинетической энергии пары осколков от отношения их масс, а также из-за слабой зависимости такой энергии от энергии возбуждения осколков из этой пары в процессе деления наличие возбуждения осколка скажется на тонкой структуре такой группы. Универсальную константу C находят с помощью измерения величины удельной ионизации тяжелых осколков спонтанно делящегося ядра с известным изотопным выходом. Зарядовое число для определения С устанавливают по максимальному выходу изотопов. После нахождения универсальной константы С для всех тяжелых осколков в камеру помещают электрод с нанесенным на него слоем известного спонтанно делящегося изотопа и определяют неизвестного тяжелого осколка по величине его удельной ионизации, равной .С 2 З, Затем устанавливают его массовое число по измеряемой полной энергии осколка, по полной энергии спонтанно делящегося изотопа и по соответствующему М дефекту массы (8):

Е -E ф - и > (М -дМ (9)

1 Я ( и так как для спонтанного деления достаточно хорошо выполняется приближенное равенство: (1

1156484

CP.

Составитель С. Кондратенко

Редактор Л. Письман ТехредС.Мигунова Корректор Л. Бескид

Заказ 6646/4

Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 где, ., — кинетическая энергия легкого изотопа.

Предлагаемый способ обеспечивает одновременно идентификацию массовых и зарядовых чисел осколков спонтанно делящихся изотопов по сравнению с прототипом. С помощью предлагаемого способа сдвигается измеряемая граница по времени жизни осколков деления (до 10 с), которые можно идентифицировать, так как пролетная база детекторов (2-4 мм), с помощью которых реализуется такой способ, на два порядка меньше пролетной базы масс-сепараторов (1-2 м), используемых для идентификации осколков деления . Кроме того, предлагаемый способ можно использовать для поиска сверхплотных ядер среди

10 осколков спонтанного ядерного деления, согласно предсказаниям теории. Сверхплотные ядра от личаются от обычных по мас