Заявка на конкурс
реклама
ФОРМА 35 СОДЕРЖАНИЕ ИНИЦИАТИВНОГО ПРОЕКТА 35.1.1. Название проекта (единое для обеих сторон, на русском языке) Возбуждение и распад атомных ядер в фотоядерных реакциях в области энергий до мезонного порога 35.1.2. Название проекта (единое для обеих сторон, на английском языке) Excitation and decay of atomic nuclei in the photonuclear reactions at the energy region under meson threshold 35.2. Фундаментальная научная проблема, на решение которой направлен проект Основной фундаментальной проблемой, на решение которой будет направлен проект, является экспериментальное и теоретическое исследование характеристик распада средних и тяжелых ядер, возбуждаемых в фотоядерных реакциях в области энергий до мезонного порога. 35.3. Конкретная фундаментальная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен проект Выполнение проекта будет связано с решением следующих задач: 35.4. Измерение выходов фотоядерных реакций на ядре 197Au в зависимости от максимальной энергии тормозного спектра γ-квантов в диапазоне 35-100 МэВ. Получение экспериментальных данных о сечениях фотонейтронных реакций 197Au(γ, in), где i = 1 – 10 в области энергий γ-квантов до 100 МэВ. Предлагаемые методы и подходы к решению поставленных задач Методом измерения наведенной активности образцов будут получены данные о выходах фотоядерных реакций на ядре 197Au в зависимости от максимальной энергии тормозного спектра γ-квантов в диапазоне 35-100 МэВ с шагом ~ 3-5 МэВ. Из данных о выходах методом регуляризации при решении обратной задачи будут извлечены сечения фотонейтронных реакций 197Au(γ, in), где i = 1 – 10 в области энергий γ-квантов до 100 МэВ. Полученные экспериментальные данные о сечениях будут сравниваться с расчетами, проведенными с использованием программного пакета TALYS 1.0 с учетом предравновесных процессов при описании взаимодействия γ-квантов с ядрами. Определение выходов фотоядерных реакций осуществляется с использованием метода измерения наведенной гамма-активности с помощью ускорителей электронов и детекторов из сверхчистого германия. Благодаря высокому току пучка ускорителей нового поколения (до нескольких микроампер) и высокой эффективности современных германиевых детекторов в низкофоновых защитных камерах возможно изучение фотоядерных реакций с вылетом большого количества нуклонов (до 10). Выходы реакций при разных энергиях будут получены для ядер естественной смеси изотопов селена (74Se, 76Se, 77Se, 78Se и 80Se), 89Y и 197Au. Выходы фотонейтронных реакций на ядре 197Au будут измерены в диапазоне энергий 35—100 МэВ с шагом 3—5 МэВ. Полученные данные будут использованы для расчета сечений реакций методом регуляризации. Также сечения этих реакций будут рассчитаны с помощью комбинированной модели фотовозбуждения и распада ядер и с помощью программного пакета TALYS 1.0. Расчитанные величины сечений будут использоваться для сравнения с полученными экспериментально данными. 35.5. Согласованный с зарубежными партнерами детальный план научных исследований: План научных работ, выполняемых российскими участниками проекта (по годам): Запланированные исследования Измерение выходов фотоядерных реакций на ядрах естественной смеси изотопов селена Измерение выходов фотоядерных реакций на ядре 89Y Расчет сечений фотоядерных реакций на ядрах 74Se, 76Se, 77Se, 78Se и 80Se, 89Y и 197 Au План научных работ, выполняемых украинскими участниками проекта (по годам) Начало - окончание 01.2011 - 06.2011 Запланированные исследования Начало - окончание 06.2011--12.2011 01.2012 - 12.2012 Измерение выходов фотоядерных реакций на ядре 197Au в зависимости от энергии γ-квантов в диапазоне 35-100 МэВ Расчет сечений фотонейтронных реакций 197Au(γ, in), где i = 1 – 10 в области энергий γ-квантов до 100 МэВ 01.2011 - 12.2011 01.2012 - 12.2012 Учеными НИИЯФ МГУ и ННЦ ХФТИ накоплен значительный опыт по исследованию фотоядерных реакций на ядрах в широком диапазоне массовых чисел. Наличие импульсных разрезных микротронов на энергию электронов 55 и 19--70 МэВ в НИИЯФ МГУ, а также линейного ускорителя электронов ЛУЭ-40 с регулируемой энергией в диапазоне от 35 до 100 МэВ в ННЦ ХФТИ, позволят провести прецизионные эксперименты по измерению выходов фотоядерных реакций на ядрах в широкой области энергий налетающих γ-квантов. В свою очередь это позволит успешно провести теоретическую интерпретацию полученных экспериментальных данных в рамках комбинированной модели распада высоковозбужденных состояний ядер, разрабатываемой в настоящее время в НИИЯФ МГУ. Поэтому российские и украинские участники по своей специализации удачно дополнят друг друга, и объединение усилий обоих коллективов для решения поставленных задач в рамках настоящего проекта является естественным и целесообразным. 35.6. Ожидаемые по окончании проекта научные результаты (развернутое описание с оценкой степени оригинальности; форма изложения должна дать возможность провести экспертизу результатов) При выполнении данного проекта будут получены данные о сечениях фотонейтронных реакций 197Au(γ, in), где i = 1 - 10, в области энергий γ-квантов до 100 МэВ. Для этого будут измерены выходы фотоядерных реакций на ядре 197Au в зависимости от максимальной энергии тормозного спектра γ-квантов в диапазоне 35-100 МэВ с шагом ~ 3-5 МэВ. Будут измерены выходы фотоядерных реакций на ядрах 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se и 89Y, в том числе и те, которые приводят к образованию изомерных состояний в конечном ядре. Данные по сечениям фотоядерных реакций с множественным выходом нейтронов и γ -квантов для разных изотопов в области энергий γ-квантов от 35 до 100 МэВ имеют важное значение при решении широкого круга практических задач: создание новых источников энергии на базе подкритических систем, управляемых электронным ускорителем; утилизация долгоживущих продуктов радиоактивных отходов, имеющих малые сечения взаимодействия с нейтронами, с применением электронных ускорителей; верификация компьютерных кодов, позволяющих проводить расчеты критических и подкритических систем; калибровка спектра тормозного излучения, возникающего в лазерной плазме, создаваемой при воздействии на вещество лазерного импульса фемтосекундной длительности; элементный анализ состава вещества и др. 35.7. Современное состояние исследований по заявленной научной проблеме, сравнение ожидаемых результатов с мировым уровнем Характеристики фотоядерных реакций достаточно детально изучены в диапазоне энергий в области гигантского дипольного резонанса (ГДР), а также в области энергий выше порога образования пиона. Область энергий выше области ГДР, но ниже порога образования пиона (приблизительно от 30 до 100 МэВ) является менее исследованной как теоретически, так и экспериментально. Это связано с относительно небольшими значениями сечений в этой области энергий, малым количеством интенсивных источников γ-квантов с плавной регулировкой по энергии при Eγ > 30 МэВ, а также рядом других причин. За последние годы произошел значительный прогресс в развитии теоретических и модельных подходов в описании фотоядерных реакций в этой области энергий. Так, например, получила заметное развитие квазидейтронная модель, был развит целый ряд интересных подходов к описанию протекания предравновесных процессов и множественного вылета частиц. Побуждают к проведению подобных работ также возрастающий интерес к созданию источников энергии с использованием ускорителей и существенный прогресс в разработке высокоинтенсивных источников квазимоноэнергетических γ-квантов. К тому же незначительное количество детальных экспериментальных данных по взаимодействию γ-квантов с ядрами в области энергий 30–100 МэВ сильно ограничивает возможности для тестирования и усовершенствования разрабатываемых модельных подходов. В качестве объекта для исследований фотонейтронные реакции 197Au(γ, in) были выбраны по следующим причинам. В области энергий γ-квантов Еγ = 35 - 100 МэВ данные о сечениях отсутствуют, а данные о выходах носят фрагментарный характер. Кроме того, ядро 197Au является моноизотопом, что значительно облегчит интерпретацию полученных экспериментальных данных. Информация о фотоядерных реакциях с вылетом нуклонов на ядрах естественной смеси изотопов селена и иттрия также доступна лишь при энергиях меньше 30 МэВ. Проведение экспериментов при более высоких энергиях позволит наблюдать реакции с вылетом большого количества нуклонов. Ожидаемые по окончании проекта научные результаты будут получены авторами впервые. 35.8. Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту: полученные ранее результаты (с оценкой степени оригинальности), разработанные методы (с оценкой степени новизны): у российских участников проекта Изучение фотоядерных реакций по предлагаемой методике проводилось группой НИИЯФ МГУ на целом ряде образцов. у украинских участников проекта Украинской стороной были впервые выполнены исследования изомерных отношений продуктов фотоядерных реакций, которые образуются при облучении ядер 54Fe, 90, 91Zr, 107, 109Ag и 115In тормозными -квантами с граничной энергией до Emax = 90 МэВ. Изомерное отношение определялось как отношение выходов основного и изомерного состояний ядра при максимальной энергии тормозного излучения. Получены результаты измерений и расчетов изомерных отношений для ядер 57m,gMn, образующихся в реакции 54Fe(γ,np)57m,gMn; 87m,gY – в реакциях 90 Zr(γ,2np)87m,gY и 91Zr(γ,3np)87m,gY; 104m,gAg – в реакциях 107Ag(γ,3n)104m,gAg и 109Ag(γ,5n)104m,gAg; 110m,gIn – в реакции 115In(γ,5n) 110m,gIn; 108m,gIn – в реакции 115In(γ,7n)108m,gIn. Облучение образцов проводилось на линейном ускорителе электронов ЛУЭ-40 ННЦ ХФТИ. Использовалась методика измерения наведенной -активности образцов HPGe-детектором. Полученные значения изомерных отношений сравнивались с расчетами в коде TALYS 1.0 как с учетом, так и без учета предравновесных процессов при описании взаимодействия γ-квантов с ядрами. Было показано, что в ряде случаев результаты расчетов в пределах погрешностей хорошо согласуются с экспериментальными данными. В частности, результат расчета изомерного отношения выходов реакций для 110m, gIn в коде TALYS 1.0 равен 0.44, что хорошо согласуется с экспериментально полученным результатом 0.40 ± 0.04. Однако, для ядра 104m, gAg расчетное значение изомерного отношения выходов составило 0.38, что отличается от экспериментального в 2.3 раза (0.88 ± 0.14). Для однозначной трактовки подобных отличий необходимо проведение дополнительных исследований изомерных отношений продуктов фотоядерных реакций для более широкого диапазона энергий налетающих фотонов. 35.9. Список основных совместных публикаций российских и зарубежных участников проекта, наиболее близко относящихся к предлагаемому проекту (на языке оригинала публикации) 35.10. Список основных (не более 5) публикаций российского со-руководителя проекта в рецензируемых журналах за последние 3 года (независимо от их тематики, на языке оригинала публикации) 35.11. Перечень оборудования и материалов, имеющихся у научных групп, необходимых для выполнения проекта: у российской научной группы р а з р е з н о й м и к р о т р о н Р Т М -70 с э н е р г и е й э л е к т р о н о в д о 70 Мэ В ; разрезной микротрон на энергию 55 МэВ; HPGe-детектор Canberra в защитной камере и цифровой многоканальный анализатор спектра; система обработки данных, предназначенная для автоматического сбора, хранения и анализа спектрометрических данных; образцы иттрия и селена, тормозная мишень, позволяющая контролировать ток пучка во время облучения. у украинской научной группы действующий линейный ускоритель электронов ЛУЭ-40 ННЦ ХФТИ с регулируемой энергией электронов с шагом 3 МэВ в диапазоне Ее = 35 - 100 МэВ и средним током пучка 5 мкА; диагностическая аппаратура для измерения параметров пучка ускоренных электронов; пневмотранспортная система для установки мишени под облучение и последующего ее перемещения в измерительный зал; лицензионный программный пакет MCNPX 2.5.0 и код GEANT 3.16, необходимые для моделирования потока γ-квантов, прошедших через мишень; Гаусс-квантометр, необходимый для экспериментального определения потока γ-квантов, прошедших через мишень; моноизотопные мишени 197Au с чистотой 99,99 % в количестве 20 штук по ~ 100 мГ; метрология измерений по методу наведенной γ-активности образцов; HPGe -детектор для регистрации -излучения с эффективностью 20 %; спектрометрическое оборудование фирмы “Canberra”, работающего “в линию” с ПЭВМ; программное обеспечение “Spectroline” для обработки гамма-спектров; программный пакет TALYS 1.0 для расчета сечений, изомерных отношений и других характеристик ядерных реакций; необходимое нестандартное оборудование, изготовленное в ННЦ ХФТИ. 35.12. Сведения о зарубежном со-руководителе проекта (на английском языке; для конкурсов по странам СНГ – на русском): полное имя Водин Александр Николаевич год рождения 1957 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность нач. лаб. область научных интересов (код(ы) классификатора РФФИ) 02-120 контактный телефон +38-057-700-71-82 e-mail: vodin@kipt.kharkov.ua 35.13. Сведения о зарубежных участниках проекта (на английском языке; для конкурсов по странам СНГ – на русском): полное имя Корда Лариса Павловна год рождения 1941 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность старший научный сотрудник полное имя Быков Виктор Тимофеевич год рождения 1964 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность научный сотрудник полное имя Олейник Станислав Николаевич год рождения 1955 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность научный сотрудник полное имя Тертичный Андрей Васильевич год рождения 1987 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность младший научный сотрудник полное имя Туллер Глеб Эмануилович год рождения 1983 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность младший научный сотрудник полное имя Ушаков Игорь Вячеславович год рождения 1978 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность младший научный сотрудник полное имя Шаповал Ирина Анатольевна год рождения 1987 место работы Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" НАНУ должность младший научный сотрудник Подпись руководителя проекта
