Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Расписание'
после химического пилинга, микродермабразии, шлифовки, фото- и лазерного омоложения, мезотерапии. Профилактика осложнений, улучшение результатов. Прог...полностью>>
'Документ'
Открытка: Размер 207*86 мм. округленные края,вырубка. Изготовление штанц ножа.Бумага TOUCHE COVER матов.сл.кость. Плотность бумаги не менее 200 гр/м2....полностью>>
'Документ'
Научный руководитель проекта по предмету: Ламехов Юрий Геннадьевич, доктор биологических наук, профессор кафедры анатомии, физиологии человека и живот...полностью>>
'Документ'
О подготовке и проведении выездного семинара для членов Молодежного Совета и молодежного профсоюзного актива предприятий радиоэлектронной промышленнос...полностью>>

Главная > Реферат

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

РОССИЙСКАЯ Академия наук

Петербургский институт ядерной физики

им. Б. П. Константинова

УДК 539.173 На правах рукописи

Воробьёв Александр Сергеевич

Экспериментальные исследования множественности

нейтронов, испускаемых из отдельных осколков

с фиксированной массой и кинетической энергией,

при спонтанном делении 244, 248Сm и 252Cf.

01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц

Диссертация

на соискание учёной степени

кандидата физико-математических наук

Научные руководители:

доктор физико-математических наук,

профессор Г. А. Петров.,

кандидат физико-математических наук

О. А. Щербаков

Санкт-Петербург

2004

Содержание

стр.

ВВЕДЕНИЕ                                                         4

Глава 1. Некоторые Экспериментальные и теоретические

данные о делении ядер при малых энергиях

возбуждения                                             9

1.1 Общие представления о процессе деления                          9

1.1.1 Потенциально-энергетическая поверхность (Статика)          11

1.1.2 Формирование массовых и энергетических

распределений осколков деления (Динамика)                16

1.2 Методы экспериментальных исследований множественности

нейтронов, испускаемых из отдельных осколков                   19

1.3 Постановка задачи – выбор объектов и метода исследований         28

Глава 2. Измерения множественности нейтронов,

испускаемых из отдельных осколков С

фиксированной массой и кинетической

энергией при спонтанном делении 244, 248Сm и 252Cf     30

2.1 Описание и основные параметры установки                       30

2.2 Ионизационная камера                                         32

2.3 Детектор нейтронов                                            36

2.3.1 Общее устройство                                       36

2.3.2 Эффективность нейтронного детектора                      38

2.4 Методика измерений и предварительная обработка

данных экспериментов в 4- и 22- геометрии                    40

2.4.1 Амплитуда импульса                                     42

2.4.2 Нейтронная множественность                             42

2.4.3 Накопление информации                                  44

Глава 3. Обработка экспериментальных данных              46

3.1 Получение распределений “предварительных” масс и полной

кинетической энергии осколков после испускания нейтронов        47

3.1.1 Калибровка по энергии                                   48

3.1.2 “Предварительная” масса и полная кинетическая энергия

осколков после испускания нейтронов                      49

3.1.3 Полная кинетическая энергия и масса осколков

до вылета нейтронов                                     52

3.2 Восстановление моментов распределений множественности

нейтронов в 4- и 22- геометрии                               53

3.2.1 Поправка на мёртвое время                                54

3.2.2 Поправка на фон                                         56

3.2.3 Поправка на эффективность                               57

3.3 Восстановление распределений множественности

нейтронов в 4- и 22- геометрии                               58

3.3.1 Распределение полного числа нейтронов на акт деления       59

3.3.2 Двухмерное распределение множественности нейтронов       60

Глава 4. Результаты экспериментов по измерению

множественности нейтронов деления               62

4.1 Массово-энергетические распределения осколков                  62

4.2 Распределения мгновенных нейтронов деления                    68

Глава 5. Обсуждение экспериментальных результатов       74

5.1 Моменты распределений множественности нейтронов деления

в зависисмости от массы осколка                                74

5.2 Моменты распределений множественности нейтронов деления

в зависисмости от полной кинетической энергии осколков           77

5.3 Массовые распределения осколков деления

для различного полного числа испущенных ими нейтронов          78

5.4 Холодное деформированное деление                              82

5.5 Энергетический баланс в делении                                85

5.6 Энергия возбуждения осколков деления и её дисперсия              88

Заключение                                                     91

Литература                                                      93

ВВЕДЕНИЕ

Со времени открытия деления атомных ядер (1938) уже прошло более 60 лет, и, несмотря на интенсивные исследования, до сих пор нет теории, которая с единых позиций описывала бы весь процесс деления ядер. Имеется лишь ряд моделей, объясняющих различные стороны этого процесса. Причина этого лежит в большой сложности явления. В процессе деления сильно изменяется форма ядра (от сферической к гантелеобразной), при этом энергия возбуждения ядра неоднократно перераспределяется между её различными видами и коренным образом перестраиваются его нуклонные конфигурации. Очевидно, создание такой теории потребует дальнейших экспериментальных исследований и теоретических расчётов.

Поскольку осколки являются основными конечными продуктами реакции деления ядер, все исследования этой реакции связанны с регистрацией и спектроскопией либо самих осколков, либо испускаемого из них ионизирующего излучения. Для полного понимания процесса деления и создания теории необходимо одновременно в каждом акте деления регистрировать все характеристики данного процесса (массы, заряды, кинетические энергии, множественности нейтронов и -квантов, длиннопробежные частицы при тройном делении).

В силу того, что распределения множественности нейтронов, испущенных каждым из осколков деления, несут непосредственную информацию о распределении энергии возбуждения между осколками, одним из наиболее эффективных способов исследования движения делящейся системы вблизи точки разрыва является изучение энергетических и массовых распределений осколков для фиксированного числа нейтронов.

При этом особый интерес представляет информация о событиях деления с близкой к нулю внутренней энергией возбуждения, когда проявляются эффекты, определяющие особенности поверхности потенциальной энергии в “точке разрыва”. К таким эффектам относятся холодное истинное и компактное деления [1-8], холодное деформированное деление [9-11], холодное форм-асимметричное деление [12]. Смысл терминов холодного истинного и компактного деления заключается в наблюдении при делении событий, не сопровождающихся эмиссией мгновенных нейтронов (tot = 0), так как кинетическая энергия осколков исчерпывала всю (холодное истинное деление) или практически всю энергию реакции Q (холодное компактное деление), а сами осколки рождались при деформации основного состояния без внутреннего возбуждения. При низкой суммарной кинетической энергии осколков реализуются холодное деформированное (tot  6) и форм-асимметричное деления (H /L  3, где L и H – число нейтронов, испущенное лёгким и тяжёлым осколком, соответственно). Для холодных конфигураций, упомянутых выше, температура ядра в точке разрыва оказывается такой низкой, что выход зарядово-чётных осколков превалирует и в массовом распределении осколков проявляется тонкая структура с периодичностью 5 массовых единиц.

Помимо того, что данная установка позволяет получать сведения о механизме деления ядер, она представляет ещё и практический интерес, поскольку имеющиеся данные о распределении нейтронной множественности известны с большой неопределенностью и для ограниченного набора ядер (252Cf [13 - 18] и 235U [19, 20]). Эти данные необходимы не только при конструировании реакторов, но и при решении задачи дожигания актинидов в рамках проблемы трансмутации, т.к. известно, что нейтроны спонтанного деления 244См дают основной вклад в нейтронное излучение отработанного топлива (например [21]). По тем же причинам эти данные необходимы для развития методов недеструктивного контроля [22, 23] используемых на атомных электростанциях в бассейнах выдержки и на заводах по переработке топлива.

Основной целью экспериментальных исследований, выполненных в рамках данной диссертационной работы, являлось изучение двумерных распределений множественности нейтронов, испущенных из осколков определённой массы и кинетической энергии, P(L,H), при спонтанном делении 252Cf и 244, 248Cm. Для выполнения этой задачи необходимо было модернизировать счётчик нейтронов, изготовленный ранее в Радиевом институте [24] и в течение десяти лет не эксплуатировавшийся. Также необходимо было создать систему регистрации и предварительной обработки данных, провести измерения множественности нейтронов деления посредством больших жидких сцинтилляционных счётчиков нейтронов с введённым гадолинием и выполнить анализ полученных данных с целью определения, как самих распределений множественности нейтронов, так и его основных характеристик (средних, дисперсий и ковариаций).

В первой главе диссертации основное внимание уделено некоторым аспектам процесса формирования массовых и энергетических распределений осколков в бинарном делении. При этом рассматриваются только те экспериментальные и теоретические данные, которые имеют непосредственное отношение к предмету настоящей работы. Во второй главе представлены описание экспериментальной установки, электронной аппаратуры и предварительной обработки экспериментальных данных. Там же изложены методики измерений полного числа нейтронов на акт деления (4 геометрия, полная эффективность регистрации 70%) и нейтронов испущенных из каждого конкретного осколка (22 геометрия, эффективность регистрации 55%). Третья глава посвящена обработке экспериментальных данных. В четвёртой главе приведены данные измерений распределений множественности нейтронов деления, а также результаты сравнительного анализа всей совокупности опубликованных и полученных автором экспериментальных данных. В результате делается вывод о том, что проведённые измерения и способ восстановления исходных нейтронных распределений реализованный в данной работе дают возможность достаточно корректно воссоздавать распределения нейтронов деления из осколков определённой массы и энергии. Пятая глава посвящена анализу результатов обработки экспериментальных данных. В заключении кратко сформулированы основные итоги данной диссертационной работы и выделены результаты, полученные впервые.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:

1. Модернизированная экспериментальная установка и усовершенствованная методика экспериментальных исследований множественности нейтронов, испускаемых из отдельных осколков с фиксированной массой и кинетической энергией, при спонтанном делении.

2. Впервые полученные распределения осколков по массам и кинетическим энергиям для фиксированных пар чисел нейтронов, испущенных при спонтанном делении 244, 248Сm в сравнении с 252Cf.

3. Основные результаты анализа экспериментальных данных, в том числе:

- Подтверждение существования антикорреляции между числом нейтронов испущенных парными осколками.

- Впервые обнаруженный в массовых распределениях осколков “холодного компактного” деления (νtot = 0) 248Cm и 244Cm повышенный выход в областях масс соответствующих положению нейтронных оболочек N = 64÷68 (β  0,55), N = 82÷84 (β  0,1) и N = 86÷90 (β  0,65). Вывод об определяющей роли нейтронных оболочек в формировании осколков по массам при средней внутренней энергия возбуждения осколков для случаев без нейтронной эмиссии не менее 5 ÷ 7 МэВ.

- Впервые обнаруженная в массовых распределениях сильнодеформированных осколков деления (νtot  6) 248Cm и 244Cm тонкая структура с периодом около 5 а.е.м., проявление которой усиливается с ростом асимметрии деформации осколков (H /L  3).

- Обнаруженная антикорреляция между числом испущенных нейтронов νtot и полной энергией уносимой    квантами деления из осколков.

Основные результаты работы докладывались на 6-м, 7-м, 8-м и 9-м Международных семинарах по взаимодействию нейтронов с ядрами (Дубна, 1998, 1999, 2000 и 2001 гг.), на XIV, XV и XVI Международных совещаниях по физике деления ядер (Обнинск, 1998, 2000 и 2003 гг.), на II и III Международных конференциях “Деление и свойства нейтронноизбыточных ядер” (Шотландия, Сент-Андрюс, 1999 г. и США, Флорида, 2002 г.), на IV и V Семинарах по делению (Бельгия, Понт Де’Уа, 1999 и 2003 гг.), на V Международной конференции “Динамические аспекты деления ядер” (Словакия, Паперничка, 2001 г.), а также были представлены на Международной конференции по ядерным данным для науки и техники (Япония, Цукуба, 2001 г.).

Включенные в диссертацию материалы опубликованы в 12 печатных работах [68-71, 78-80, 115, 119].

Глава 1. Некоторые Экспериментальные и теоретические

данные о делении ядер при малых энергиях возбуждения

Основное внимание в данной главе уделено некоторым аспектам процесса формирования массовых и энергетических распределений осколков в бинарном делении или, следуя принятой терминологии, динамическим аспектам в процессе эволюции ядра от основного состояния к точке разрыва. При этом рассмотрены только те экспериментальные и теоретические данные, которые имеют непосредственное отношение к предмету настоящей работы. Более полный и подробный обзор экспериментальных и теоретических данных может быть найден в серии статей и монографий [25 – 30].

1.1 Общие представления о процессе деления

Деление тяжёлых ядер при низкой энергии возбуждения представляет собой процесс расщепления исходного ядра преимущественно на два осколка. Образующиеся осколки деления, как правило, являются сильно возбуждёнными и испускают последовательно мгновенные нейтроны и    кванты деления. Поскольку образовавшиеся после мгновенной эмиссии осколки оказываются нейтроноизбыточными, то в дальнейшем они испытывают серию, в среднем 3  5, последовательных    распадов. При этом масса тяжёлого осколка остаётся примерно постоянной в области 140 а.е.м для делящихся ядер от 229Th до 257Fm, а отношение между массами тяжёлого и лёгкого осколков изменяется от mH/mL ≈ 1,5 до 1,2 [30]. Лишь в небольшом числе случаев в момент разрыва ядра на два осколка в качестве третьей частицы могут вылетать как нейтроны ~ 10  15% [31, 32], так и какая-либо заряженная частица (от тритона до аргона ~ 2 10-4 % и ~ 1,5 10-10 %, соответственно) [33]. Также имеются экспериментальные данные, говорящие о том, что на уровне (1,0  0,3)10-6 событий/деление возможно деление ядра на четыре части [34].

Энергия реакции Q, высвобождаемая в результате бинарного деления, разделяется между полной кинетической энергией осколков деления до испускания нейтронов ТКЕ* и полной энергией возбуждения осколков ТХЕ:

Q(А1; А2; Z1; Z2) + Eex =М(A; Z)-М1(A1; Z1)-М2(A2; Z2) + Eex =

=TKE*(А1; А2; Z1; Z2)+TXE1; А2; Z1; Z2). (1)

где М(A; Z), М1(A1; Z1) и М2(A2=A-A1; Z2=Z-Z1) – масса делящегося ядра и массы образовавшихся осколков деления, соответственно. Массы ядер обычно берутся из массовых таблиц, полученных либо расчётным путём по уточнённой формуле Вайцзекера [35], либо из имеющихся экспериментальных данных [36].

Полная кинетическая энергия осколков деления ТКЕ* может быть определена непосредственно из эксперимента и представляется как сумма энергии кулоновского отталкивания в точке разрыва Ecoul , включающей ядерное взаимодействие противоположного знака, и “предразрывной” кинетической энергии Epre (смотри, например [37]):

TKE*=Epre+Ecoul + uEex (2)

Полная энергия возбуждения осколков TXE, которая реализуется посредством эмиссии нейтронов и -квантов, представляется в виде суммы энергии диссипации Edis и энергий деформации лёгкого и тяжёлого осколков , соответственно:

TXE(А1; А2)=E(L)def+E(H)def+Edis +r Eex (3)

Соотношение между представленными выше формами энергии для ряда ядер приведено в таблице 1 [30]. Из приведённой таблицы видно, что основная доля уносимой энергии приходится на кинетическую энергию осколков. С увеличением энергии частиц, вызывающих деление, увеличивается число испущенных нейтронов. При этом доля энергии, уносимой мгновенными    квантами и осколками в виде их кинетической энергии, растёт сравнительно мало. В тоже время происходит уменьшение энергии, связанной с  - распадом осколков. Последнее связано с тем, что испарение нейтронов из возбуждённых осколков приближает их к долине стабильности, и длина цепочки последовательных  - распадов уменьшается.

Таблица 1.

Реакция деления и энергия частиц

Энергия, МэВ

Кинетичес-кая энергия

Энергия возбуждения

Энергия радиационного распада

Энергия нейтронов

Энергия

-квантов

Энергия

-частиц

Энергия

-квантов

Энергия

антинейтрино

256Fm, s.f.

198

32

8

8

8

12

252Cf, s.f.

186

31

7

7

7

10

239Pu + nth

179

21

7

6

6

9

235U+nth

172

16

7

6

6

9

235U+nEn=14,7 МэВ

172

30

8

4

4

6

233U+E = 30 МэВ

176

36

8

3

4

5

226Ra+pEp= 12 МэВ

159

20

6

5

5

7

209Bi+22NeE=175МэВ

171

90

12

3

4

5

197Au+16OE=135МэВ

156

80

12

3

4

5



Похожие документы:

  1. Реест р общественных объединений ветеранов войны и труда, узников фашистских концлагерей, инвалидов, жертв политических репрессий и женских общественных организаций Санкт-Петербурга

    Документ
    ... литера А, ул. Рубинштейна, д.23, Щербаков пер., д.7, литера А, ЩЕРБА Алексей Игоревич ... д. 17, комн. 215 ЩЕРБАКОВ Виктор Иванович 232 71 42 ... местное отделение ветеранов межрегиональной Санкт-Петербурга и Ленинградской области Всероссийской ...
  2. Справочник санкт-Петербург (1)

    Справочник
    ... регионального таможенного органа 10200000 191187, Санкт-Петербург, наб. Кутузова, 20 телетайп ... Андрей Львович Региональная группа Щербаков 458 3137 037 Юрий ... Татьяна Михайловна Заместитель начальника отдела Щербаков (сменный) Юрий Александрович 335 ...
  3. Справочник санкт-Петербург (2)

    Справочник
    ... таможенной службы Региональная группа Щербаков 458 3137 037 Юрий ... Константиновна Заместитель начальника отдела Щербаков (сменный) Юрий Александрович ... Код таможенного поста 10210040 196641, Санкт-Петербург, п.Металлострой, промзона «Металлострой», ...
  4. Ство • юность • взрослость • старость под общей редакцией а. А. Реана санкт-петербург «прайм-еврознак» Издательский Дом «нева» москва олма-пресс» 2002 ббк 88. 37

    Документ
    ... СТАРОСТЬ ПОД ОБЩЕЙ РЕДАКЦИЕЙ А. А. РЕАНА САНКТ-ПЕТЕРБУРГ «прайм-ЕВРОЗНАК» Издательский Дом «НЕВА ... Г. А., Мастеров Б. М. Психология саморазвития. М., 1995. Щербаков Н. Ю. О понятиях индивидуальности и индивидуализации // Человек: индивидуальность ...
  5. Н. П. Цурикова, А. С. Пушнов, канд техн наук, М. Г. Лагуткин, д-р техн наук, (мгуиэ, г. Москва, Россия); В. И. Шишов (внииг им. Б. Е. Веденеева, г. Санкт-Петербург, Россия)

    Документ
    ... ДИАГНОСТИКА. РЕМОНТ Д.В. Аксенов, В.И. Щербаков, канд. техн. наук (МГТУ « ... ЗАО «Группа ЭНЭКОС», г. Санкт-Петербург, Россия) К моделированию процесса сушки ... наук (ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия) О применимости газоанализаторов ADA- ...

Другие похожие документы..