РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРЕРІЗІВ ЯДЕРНИХ РЕАКЦІЙ (n,?x)
2.1. Вибір ядер для досліджень
При виборі ядер для досліджень були використані наступні критерії:
* кількість експериментальних робіт присвячених дослідженню перерізів ядерних реакцій (n,?x) на ізотопах даного хімічного елементу при енергії нейтронів 14?МеВ. Повнота висвітлення даної проблеми в цих роботах та ступінь узгодженості результатів різних груп експериментаторів;
* можливість визначення перерізів ядерних реакцій (n,?x) на ізотопах даного хімічного елементу активаційним методом з використанням гамма-спектрометрії;
* доступність даного матеріалу з мінімальним вмістом атомів інших елементів. Також, бажано, наявність мінімальної кількості ізотопів обраного хімічного елементу в природній суміші. Все це необхідно для максимального зменшення впливу інтерферуючих процесів;
* ступінь використання даного хімічного елементу в ядерних технологіях.
В результаті були обрані наступні хімічні елементи: Y, La, Ta, Pb, Bi. Для дослідження були обрані переважно реакції з вильотом заряджених частинок, що пов'язано з необхідністю отримання нової експериментальної інформації, уточнення та підтвердження існуючої інформації [55?58, 61] та усунення розбіжностей стосовно величин перерізів [59, 60, 62?71]. В тому числі, для перевірки методики експерименту в цілому, в роботі було заплановано вимірювання перерізів ядерних реакцій 89Y(n,?2n)88Y, 204Pb(n,?n??)204mPb та 204Pb(n,?2n)203(m1+m2+g)Pb, які були надійно визначені іншими групами експериментаторів [32, 68, 71?77].
До того ж природні Y та Bi ? моноізотопи (відповідно 89Y, 209Bi) [36, 37, 63], а природні La і Ta являють собою суміші із двох ізотопів (відповідно 138La, 139La і 180Ta, 181Ta) один з яких значно переважає [36, 37, 63]. Хімічні елементи Y, La, Ta використовуються як домішки в тугоплавких сплавах [126, 127]. Хімічний елемент Bi та природні ізотопи Pb представляють інтерес як останні стабільні ізотопи в таблиці Менделеєва, що спостерігаються в природі [36]. Крім того, Bi та Pb широко використовуються як захисні матеріали в суміші нейтронних та гамма-полів та як складові помножувачів нейтронів [23, 127].
2.2. Ядерні реакції при енергії нейтронів 14,5 МеВ
2.2.1. Вибір умов опромінювання.
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) (див. п. 1.2.1), тому що це не приводило до значного зменшення ширини на половині висоти усередненого по зразку спектру нейтронів (див. п. 1.3.1.1). Максимальна величина діаметру обмежувалась вимогами до розподілу активності по об'єму зразків (див. п. 1.3.1.1 та формулу (1.6) в п. 1.3.2.1). Так, у випадку опромінювання зразка діаметром 20 мм та товщиною 100 мкм відношення активності в центральній точці на ближній до джерела нейтронів основі зразка до активності в крайній точці на протилежній основі зразка ??3,8 за рахунок нерівномірного розподілу густини потоку нейтронів (див. формулу (1.6) в п. 1.3.2.1). В результаті, подальше збільшення діаметру (??20?мм) приводило до суттєво нерівномірного розподілу активності по об'єму зразка при незначному збільшенні сумарної активності. Товщина зразків із аналогічних міркувань обмежувалась 2,5 мм. Тому використовували зразки діаметром 12?15?мм та товщиною від 10?мкм до 2?мм.
Визначене за допомогою Zr/Nb методу (див. п.?1.3.1.1) для таких умов опромінювання значення величини середньої по зразку енергії нейтронів ? En=(14,50?0,04)?МеВ. При цьому зроблена на основі розрахунків за допомогою програми SPECTRON (див. п.1.3.1.1) оцінка величини половини ширини на половині висоти усередненого по зразку спектру нейтронів складає ?En=0,18?МеВ. Варіація величини En для зразків різних розмірів у всіх випадках не перевищувала 0,02?МеВ; при цьому варіація величини ?En не перевищувала 3?%. Тому наведені вище величини En та ?En використовувались для всіх зразків. Величина середньої по зразку густини потоку нейтронів (див.?п.?1.3.1.2) в таких умовах ??1,5?109?.
Величини перерізів ядерних реакцій визначались відносно опорних перерізів ядерних реакцій, які наведені в таблиці?2.1. Проведення попереднього рентгено-флюоресцентного аналізу зразків-моніторів [27] та наступне більш точне визначення вмісту домішок за допомогою нейтронно-активаційного методу [28?33] показало, що зразки Al та Nb можна було вважати хімічно чистими (вміст домішок набагато менше 0,1?%). В той же час зразки Zr містили (1,21?0,18)?% Nb, що враховувалось при визначенні величин перерізів ядерних реакцій та середньої енергії нейтронів. Вміст інших домішок в зразках Zr був набагато менше 0,1?%.
При використанні опорної реакції 27Al(n,??)24Na та вимірюваннях спектрів в геометрії "джерело впритул до детектора" необхідно було враховувати вплив ефекту каскадного додавання гамма-квантів для ?1369?кеВ за рахунок каскаду 2754?кеВ?1369?кеВ в схемі розпаду 24Na [36, 37]. При використанні інших опорних ядерних реакцій наведених в таблиці 2.1 вплив ефекту каскадного додавання гамма-квантів ??1?% (див.?п.1.3.2.2 та [36, 37]).
2.2.2. Ядерні реакції на 89Y.
Перед опромінюванням зразків, за допомогою методики наведеної в п.?1.3.2, були проаналізовані всі можливі канали протікання ядерних реакцій на 89Y (природний Y ? моноізотоп [36, 37, 63]). В результаті, на основі апріорної інформації [36, 37, 49, 50, 63, 80, 81], враховуючи параметри наявних на той час експериментальних установок (див. нижче цей пункт, п.?1.2 та п.?2.2.1), було зроблено попередні висновки:
* в гамма-спектрах ядер продуктів активації зразків ітрію можливо спостерігати гамма-лінії, що відповідають (n,??), (n,?n???), (n,?2n), (n,??) та (n,?t) каналам ядерних реакцій на 89Y, але на даному етапі не виключалась можливість спостереження інших каналів ядерних реакцій;
* принципово можливо вимірювання перерізів (n,?2n), (n,??) та (n,?t) ядерних реакцій на 89Y (обмеження методики див. в п.?1.3);
* при умові