CC BY
11
ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ УДК 531
ОБРАЗОВАНИЕ 178w2Hf ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ЕСТЕСТВЕННОЙ СМЕСИ ИЗОТОПОВ ГАФНИЯ ИНТЕНСИВНЫМ ПУЧКОМ
7-КВАНТОВ
В. А. Бочаров, И. Г. Гончаров, А. Н. Довбня, С. С. Кандыбей, В. И. Нога, Ю. Н. Ранюк, О. С. Шевченко
(.Национальный научный центр «Харьковский физико-технический
институт», Украина) E-mail: [email protected]
Излагаются результаты эксперимента по наработке 178"'2Hf путем воздействия интенсивного пучка тормозного излучения на естественную смесь изотопов гафния. Исследуемый образец подвергался облучению пучком электронов с энергией 30 МэВ и током 200 мкА в течение 500 ч. Спектрометрический анализ облученного образца с применением радиохимических методов разделения изотопов не обнаружил линий
В начале прошлого десятилетия возникла идея исследования ядерных реакций с изомером 178т2Ш в качестве мишени. Уже получен ряд интригующих результатов. Нет сомнений в перспективности этих исследований, несмотря на огромные трудности в приготовлении мишеней. В работе [1] рассмотрена возможность образования 178т2Ш при воздействии потока тормозных 7-квантов на естественную изотопную смесь гафния. Работа выполнена методом компьютерного моделирования. Граничная энергия тормозного спектра составляла 30 МэВ. Генерация спектра тормозного излучения происходила в результате взаимодействия пучка электронов с вольфрамовой мишенью толщиной 0.4 см. В расчете выхода фотоядерных реакций использовались экспериментально измеренные сечения реакций (7, п) и (7,2п) на изотопах 179Ш и 180Ш.
Независимо от работы [1] в Харькове был начат эксперимент, конечная цель которого была та же самая — определение количественных характеристик образования изомера 178т2Ш в фотоядерных реакциях в области гигантского резонанса. Активация образца гафния осуществлялась на электронном линейном импульсном ускорителе КУТ-20 Харьковского физико-технического института. Этот ускоритель традиционно используется как активационный стенд при проведении радиационных, материаловед-ческих, етерилизационных и других работ.
В конце 2003 г. гафниевая пластинка вместе с другими образцами была помещена в контейнер для облучения. Электронный пучок попадал на вольфрамовую пластину толщиной 2 мм, предназначенную для генерации тормозного излучения. За ней располагалась исследуемая пластинка гафния
толщиной 0.8 мм, а за ней в том же контейнере находились другие образцы, предназначенные для облучения. Содержимое контейнера охлаждалось проточной водой. Контейнер в течение 500 ч находился под воздействием пучка электронов с энергией 30 МэВ и током 200 мкА. 15 января 2004 г. облучение было прекращено.
Спектрометрический анализ облученного образца гафния проводился с помощью Ge(Li) спектрометра с энергетическим разрешением 2.5 кэВ для энергии 1333 кэВ.
Из-за чрезмерно высокой активности образца первые измерения были проведены через 4 мес после окончания облучения. При этом образец располагался на расстоянии 2.4 м от поверхности детектора.
Время измерения составило 30 мин. В спектре доминировали три линии:
1) 343 кэВ (квантовый выход /7 = 84%) и 433 кэВ (/7 = 1.4%), принадлежащие изотопу 175Hf с периодом полураспада Т\/2 = 70 сут, образовавшемуся в реакции 176Hf (7, ra)175Hf —t 175Lu (етаб.);
2) 482.2 кэВ (/7 = 80%), принадлежащая изотопу 181 Hf с 71/2 = 42.4 сут, образовавшемуся в реакции 180Hf(«,7)181 Hf -л 181 Та (стаб.).
В измерениях пришлось сделать двухлетний перерыв. На рис. 1 приведен 7-епектр, измеренный 18 мая 2006 г., время измерения 100 мин, расстояние от образца до поверхности детектора 10 см. В спектре обнаружилось большое количество радиоактивных изотопов, среди которых 172Hf (Г1/2 = 1.87 лет), 172Lu (Г1/2 = 6.7 сут) и 173Lu
Еу, кэВ
Рис. 1. Спектр излучения облученного образца
гафния, измеренный через 2 года и 4 месяца.
После окончания облучения
{Т\/2 = 1.37 лет), образовавшихся в реакциях и распадах:
1) 174Ш(7,п)шШ (23.6 суток) -> шЬи (1.37 лет) —} 1/3УЬ (стаб.);
2) 174Ш(7,2п)172Ш (1.87 лет) -> 172Ьи (6.7 суток) —> 172 УЬ (стаб.).
Обнаружить 7-линии, принадлежащие ,78'"2Ш, в этом измерении не удалось.
Таким образом, спектр оказался заполненным линиями долгоживущих изотопов, дожидаться существенного распада которых пришлось бы долго. Поэтому было принято решение обратиться к радиохимическим методам разделения элементов лютеция и гафния. Такая операция была выполнена, в настоящей работе мы не будем останавливаться на ее изложении. Спектры 7-излучения разделенных элементов представлены на рис. 2 и 3.
В спектре на рис. 2 видны линии радиоизотопов Ш, которые присутствовали в неразделенном образце, а также изотопа 172Ьи, который успел появится после радиохимического разделения в результате распада 172Ш. Видны также линии 343 кэВ (/^ = 84%) и 433 кэВ (11 = 1.4%) с Т\/2 = 70 сут, принадлежащие изотопу ,75Ш. Линии 178'п2Ш в гафниевой фракции по прежнему отсутствуют.
В спектре на рис. 3 наблюдаются только линии радиоизотопов ,72Ьи и ,73Ьи.
На рис. 4 изображены участки спектров 2 и 3, близкие к линии изомера ,78'п2Ш 574.2 кэВ (11 = 88%), которая обозначена вертикальной прямой. Визуально эта линия в спектрах не просматривается. Анализ полученных спектров с привлечением данных об эффективности детектора и характеристиках распада свидетельствует о том, что если в облученной мишени и накопились атомы ,78'"2Ш,
Еу, кэВ
Рис. 2. Спектр излучения фракции гафния
Еу, кэВ
Рис. 3. Спектр излучения фракции лютеция
Ег кэВ
Рис. 4. Спектры излучения фракций гафния и лютеция вблизи энергии наиболее интенсивной линии 1/8т2Ш, обозначенной вертикальной линией
14 ВМУ. Физика. Астрономия. № 5
Сравнительная таблица исходных данных и результатов настоящей работы и работы [1]
Настоящая работа Расчет [1]
Энергия электронов Ток электронов Время облучения Толщина радиатора Толщина мишени 30 МэВ 0.2 мА 20 сут 2 мм, W 1021 ядер/см2 30 МэВ 10 мА 30 мес 4 мм, W 1022 ядер/см2
Образовалось атомов 178Ш 2.8- Ю16, расчет [1] 6.2- 1020
Образовалось атомов 178т2Ш <4.5- Ю9
Изомерное отношение < 1.6 - 10^5%
то их меньше, чем 4.5- 109. Изотопы стабильного 178Ш в эксперименте наблюдаться не могли. Произвести корректные сравнения полученных нами результатов с расчетами работы [1] у нас нет
возможности, поскольку в расчетах Ишханова и др. был определен выход стабильного изотопа 178Hf, в нашем же эксперименте был определен выход изомера 178m2Hf (таблица).
Остается открытым вопрос о величине изомерного отношения. Обычно это отношение считается равным 2-5%. В этом случае, как утверждают авторы работы [1], «следует ожидать достаточно большой выход изомера». В нашем эксперименте изомерное отношение оказалось меньше 1.6-
Литература
1. Ишханов Б.С., Лютиков И.А., Павлов С.И. 11 Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. 2004. № 6. С. 25.
2. Гончаров И.Г., Довбня А.Н., Ранюк Ю.Н., Шевченко О.С. II Украинский физический журнал. 2007. 52, № 9. С. 823.
3. Karamian 5.Л., Carrol J.J., Adam J., Demekhina N.A. 11 JINR Preprint. El-2004-36. Dubna, 2004 (препринт ОИЯИ. Дубна, 2004).
Поступила в редакцию 26.06.2007
