CC BY
18
УДК 621.039.51
ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛЬНОГО ПОДБАРЬЕРНОГО ДЕЛЕНИЯ ^-237 НА НЕЙТРОННОМ СПЕКТРОМЕТРЕ ПО ВРЕМЕНИ ЗАМЕДЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ В СВИНЦЕ СВЗ-100
А. А. Бергман, О. Н. Гончарснко
В СВЗ-100 наряду с хорошо изученным сложным резонансом подбарьерного деления Ир-237 при энергии нейтронов 39 эВ были зарегистрированы интенсивные аномальны,е резонансы деления. Один имел, энергию меньше 0.3 эВ. Другой создал, энергетическую зависимость сечения, по закону 1/у, которая, при экстраполяции к теп-
17
временах замедления, нейтронов имел, сечение не меньше 1.4 бн. Сечения деления в перечисленных аномальных ре-зонансах превосходили имеющиеся данные в 100 и более раз.
Ключевые слова: деления ядер нейтронами, волновая структура нейтронов.
Исследование деления Хр-237 на спектрометре времени задержки СВЗ КиЬЭ было проведено в работе [1] до 10 кэВ и позже на СВЗ ИАЭ в работе [2] от 3 эВ до 20 кэВ. В работе [2] было достигнуто предельное энергетическое разрешение 27% за счёт чистоты свинца 99.99%, а в областях между резонансами получены наименьшие значения сечений. Из работ, проведенных на спектрометрах по времени пролёта нейтронов (СВП), следует отметить работу [3], где было проведено исследование от 2 эВ до 200 кэВ. Никаких существенных расхождений между результатами, полученными на этих СВЗ и СВП. не было.
Подробное описание СВЗ-100 приведено в работе [4] по исследованию аномального подбарьерного деления ТЪ-232. В этой работе установлены факторы, влияющие н& величины сечений аномального деления ТЪ-232.
Исследование деления Хр-237 проводилось в 2003 г. на сквозном измерительном канале СВЗ-100 диаметром 65 мм, расположенном в основном теле СВЗ-100, собранном Институт ядерных исследований РАН, 117312 Москва, Россия.
из прямоугольных отфрезерованных блоков свинца весом по тонне и 3/4 тонны. Свинец 99.996%. Канал находится в свинцовом теле спектрометра на расстоянии 100 см от оси ионопровода. по которому протоны с энергией 209 МэВ попадают в свинцовую митттень внутри тела СВЗ-100. Митттень окружена свинцовыми блоками весом по 11 кг. Исследования проводились совместно с сотрудниками Физико-энергетического института (ФЭИ). Две делительные ионизационные камеры вставлены с противоположных концов измерительного канала вплотную друг к другу. Одна камера из ФЭИ содержала электроды со слоями ТЬ-232. Хр-237, Ст-245 и Ри-239. Расстояния между электродами со слоями и собирающими электродами 1.5 мм. Газ Аг+5% С02 с давлением 1.3 атм. Другая камера была с электродами со слоями и~235 и Ри-240. Регистрация производилась быстрой электроникой с каналами по 1/3 мксек. Количество каналов 2000.
Зависимость числа отсчётов от слоя Ри-240 от времени замедления имела пик при временах порядка 2 мксек. По крутому переднему фронту пика этой зависимости определялось начало генерации нейтронов. Длительность импульсной генерации нейтронов в их источнике определялась по длительности времени интенсивного счёта делений от слоя Хр-237 при малых временах. Этот счёт полностью укладывался в 4 4.3 канала по 1/3 мксек. Поток нейтронов определялся по делению урана, который регистрировался аналогичной электроникой. Было проведено 5 серий измерений. Повторяемость одновременных серий измерений деления Ст-245, ТЬ-232 и Хр-237 хорошая.
При энергии 39 эВ регистрировался сложный резонанс деления Хр-237, определяемый второй потенциальной ямой. Площадь под ним равна 13.6 бн-эВ, что находится в хорошем согласии с данными СВП и СВЗ ИАЭ. Но в отличие от данных СВЗ ИАЭ у нас в области ниже 20 эВ чётко регистрируется вклад деления Хр-237, следующий закону 1/у (у скорость нейтронов). Этот вклад вызван ^-аномальным резонансом деления, расположенным далеко от энергии связи нейтрона. При экстраполяции к тепловой энергии этот вклад даёт сечение 17 бн, что в 1000 раз больше данных СВП. При энергии, меньшей 2.5 эВ, виден вклад резонанса с энергией меньшей 0.3 эВ.
При среднем времени замедления нейтронов 1.0± 0.15 мксек, соответствующем энергии нейтронов между 50 и 100 кэВ, регистрировался интенсивный счёт от аномального резонанса подбарьерного деления Хр-237 сечением не менее 1.4 бн. Максимальное значение сечения в этом диапазоне энергий, приведённое в работе [3], равно 0.025 бн.
На рис. 1 представлена полученная на СВЗ-100 зависимость сечения деления Хр-237 от энергии налетающих нейтронов в диапазоне от 0.4 эВ до 100 эВ. Сечение в минимуме при энергии 80 90 эВ равно 0.34 бн, что в 10 раз больше, чем на СВЗ ИАЭ. Это
ута 10 бн
ч
1 бн
10
Е, еУ
Рис. 1: Сечения деления Ир-237 нейтронами, полученные на нейтронном спектромет-
происходит из-за вклада далёкого аномального з-резонанса, возбуждаемого волновой структурой нейтронов, возникающей в СВЗ-100, и отсутствующих в СВЗ ИАЭ из-за наличия водородосодержащих плёнок на поверхности свинцовых блоков.
Превышение сечения над вкладом по закону 1 /у обозначено символом в и представлено на рис. 2 в виде Е - как функция энергии нейтронов Е. Экстраполяция этой зависимости к энергии 0.025 эВ по линейному закону методом наименьших квадратов даёт сечение 620 бн.
Используя разные предположения об этом резонансе с энергией, меньшей 0.3 эВ, при экстраполяции к тепловой энергии можно получить большие значения сечений, вплоть до 720 бн.
Измеренные в работе аномально высокие значения сечений деления ^-237 не могут быть объяснены примесями легко делящихся ядер.
Огромную разницу между сечениями деления нептуния в СВЗ ИАЭ и СВЗ-100 нельзя объяснить примесями в свинце, т.к. чистота свинца в первом 99.99%, а во втором 99.996%. А разница в обработке поверхностей свинцовых блоков существенная. Блоки свинца в СВЗ ИАЭ весом по 11 кг для очистки от окислов обрабатывались азотной кислотой, потом промывались и высушивались. Это должно было привести к образованию
ре СВЗ-100.
0.9
Е- р0-5
0.6
0.8
0.7
0.5
Е,е V
0
0.5
1
1.5
2
Рис. 2: Превышение сечений подбарьерного деления Ир-237-в над вкладом, следующим закону 1 /у, в виде Е - в0 5 •
тонких плёнок, содержащих водород. А тонные блоки свинца основного тела СВЗ-100 тщательно очищались от гидроокисей механически и вытирались досуха.
Содержащие водород плёнки на поверхности свинцовых блоков в СВЗ ИАЭ, согласно исследованиям работы [4], привели к гашению аномальных резонансов деления нептуния.
Было бы очень значимо провести повторные измерения сечений деления Кр-237 на СВЗ-100 в разных измерительных каналах, например, в канале N3, наиболее удалённом от мест образования плёнок гидроокисей свинца, образовавшихся в 2004 г., и в каналах, расположенных ближе к источнику нейтронов. Полученные результаты были бы ярким подтверждением сильнейшего воздействия этих плёнок на пространственную волновую структуру нейтронов, замедляющихся в свинце. Эти результаты позволят получить информацию о размерах и изменениях волновых структур нейтронов.
Исследование граничных структур между плёнками на свинце и свинцом в силу их огромного влияния на волновую структуру нейтронов - фундаментально значимо. Это позволит начать исследования свойств атомов и их ядер, находящихся на границе структур, но не включённых в кристаллы этих структур.
В заключение авторы выражают глубокую благодарность А. Д. Перекрестенко, который с помощью сотрудников ИЯИ создал уникальный нейтронный спектрометр СВЗ-100 и руководил его работой по 2006 г. А также глубоко благодарят сотрудников ФЭИ Б. И. Фурсова, Б. Ф. Самылина и А. М. Труфанова, участвовавших в измерениях,
A.A. Алексеева за участие в измерениях. Е. В. Кузнецову за помощь в обработке результатов измерений.
ЛИТЕРАТУРА
[1] J. Kimura, A. Yamanaka, S. Kanazawa et al.. Xucl. Techn. 30. 23 (1993).
[2] V. F. Gerasimov, V. V. Danichev, and V. X. Dementiev, Dubua Reports 213. 348
(1997).
[3] M. M. Hoffman, W. M. Sauciers, and M. D. Semon, J. BAR 21, 655 (1976).
[4] A. A. Бергман, О. H. Гончаренко, Краткие сообщения по физике ФИАН 39(2), 11
(2012).
Поступила в редакцию 12 апреля 2011 г.
