CC BY
17
УДК 539.17
СТИМУЛИРОВАНИЕ ВЫХОДОВ DD-РЕАКЦИЙ ИЗ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ Ti/TiO2:Dx ПУЧКАМИ ИОНОВ Н+ И Ne+ НА УСТАНОВКЕ ГЕЛИС
A.B. Багуля, О.Д. Далькаров, М.А. Нсгодасв, A.C. Руссцкий, А. П. Чубснко, А. JI. Щспстов
Приводятся результаты стимулирования выходов /)/)-реакций из гетероструктуры Ti/Ti02:Dx пучками ионов Н+ и Ne+ в диапазоне энергий 10-25 кэВ. Измерялись потоки нейтронов и протонов с помощью нейтронного детектора на основе Не-3 счетчиков и пластикового трекового детектора CR.-S9. Измерения, показали наличие значительны,х эффектов усиления, выходов DD-реакций. Потенциал, экранирования, для, данной гетероструктуры при данных условиях эксперимента оказался, равен Ue = 796 эВ.
Ключевые слова: DD-реакция. выход нейтронов, ионные пучки.
В настоящей работе исследовалась возможность стимулирования выходов DD-реакций из гетероструктуры Ti/Ti02:Dx пучками ионов Н+ и Ne+ в диапазоне энергий 10 25 кэВ на установке ГЕЛИС. Данное исследование продолжает серию работ по стимулированию ядерных реакций в твердотельных гетероструктурах различными внешними излучениями [1]. Предшествующие
и Ti/Ti02:Dx при облучении дейтронами в диапазоне энергий дейтронов 10-25 кэВ на установке ГЕЛИС [2. 3] показали наличие значительных эффектов усиления экспери-mgнтш1 ьных выходов по сравнению с расчетными.
Измерялись потоки нейтронов и протонов (продуктов DD-реакций) с помощью нейтронного детектора на основе Не-3 счетчиков и пластикового трекового детектора CR-39.
2x
эксперимента, а также результаты калибровки
детекторов подробно описаны в [2]. В
ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53; e-mail: [email protected].
настоящем эксперименте вместо пучка дейтронов мы использовали пучки ионов Н+ и Ne+ в диапазоне энергий 10-25 кэВ для воздействия на дейтерированную мишень Ti/Ti()2:Dx.
Облучение мишеней Ti/Ti02:Dx толщиной 300 и 30 мкм пучком протонов проводи-
2x
Результатьт экспериментов с измерениями трековым детектором CR-39 представлены в табл. 1.
Таблица 1
Митттень толщина, мкм Ep, кэВ Ipy мА texp ; 4 Np, 2 CM 2 Пр, с-1 Ngr, 2 см 2 nw, c-1 Ydd
Ti/TiO^x, 300 23 0.2 10 2 2 0
Ti/TiO^x, 300 23 0.2 10 23 1.7 • 10-2 42 12 1.6 • 10-15
Ti/TiO^x, 300 23 0.12 0.5 80 1.3 60 2.5 • 102 3.4 • 10-14
Ti/TiO^x, 300 10 0.12 0.5 50 0.8 40 1.6 • 102 2.2 • 10-14
Ti/TiO^x, 30 25 0.02 0.7 70 1.1 60 2.5 • 102 3.4 • 10-14
Ti/TiO^x, 30 10 0.07 0.7 45 0.72 25 102 1.4 • 10-14
В таблице 1 Ер и 1Р - энергия и ток пучка, N - средняя плотность треков протонов на 1 см2 детектор а, - средняя плотность треков протонов отдачи на задней стороне детектора, ¿ехр _ время измерений, пр - интенсивность эмиссии протонов, пп - интенсивность эмиссии нейтронов, Ум - выход ББ-реакции. Образцы Тл/ТЮ2:Бх в сериях с временами экспозиции 10 ч и 0.5(0.7) ч отличались временем насыщения дейтерием 10 ч и 36 ч соответственно.
2х
нейтронной эмиссии.
2х
23 кэВ и током 0.2 мА трековые детекторы, расположенные над образцом, показали эмиссию протонов с энергией 3 МэВ, испущенных из митттени против направления пучка на уровне пр = 1.7 • 10-2 с-1 (см. распределения на рис. 1). Детектор с покрытием 33 мкм А1, расположенный сзади образца, зарегистрировал эмиссию нейтронов с энергией 2.45 МэВ, испущенных из мишени в направлении пучка на уровне пп = 12 с-1 (см. распределения на рис. 2).
Разница в потоках протонов и нейтронов объясняется Т6М ^ что ББ-реакции имели место в глубине митттени, и протоны с энергией 3 МэВ в основном были поглощены в
Рис. 1: Распределения диаметров треков на детекторах с покрытием 11 мкм А1 (а) и 25 мкм Си (б), расположенных над образцом Тг/ТЮ2^х, облученным пучком протонов с энергией 23 кэВ.
ней. В то же время нейтроны беспрепятственно вылетали из мишени и были зарегистрированы трековым детектором.
Увеличение числа треков на обратной стороне детектора по сравнению с передней (см. рис. 3(а)) объясняется тем, что на передней стороне протоны отдачи образуются только в тонком стравленном слое детектора (9 мкм), а на обратной стороне детектируются протоны отдачи, образовавшиеся во всем детекторе. При этом полный
Рис. 2: (а) Распределения диаметров треков на передней (темные столбцы) и задней (светлые столбцы) сторонах детектора с покрытием 33 мкм А1, расположенного под образцом Тг/Тг02:Вх, облученным пучком протонов с энергией 23 кэВ. (б) Суммарное распределение диаметров треков передней и задней сторон детектора (темные столбцы) в сравнении с детектором, облученным нейтронами от источника С/ — 252 (светлые столбцы).
флюеис нейтронов, испущенных вперед по пучку, за все время облучения (10 ч) составил Фп = 4.15 • 105 с м-2. Данные по детекторам, расположенным над образцом, дают = 7.5 с м-2 - средняя плотность треков протонов отдачи на задней стороне детектора. Это соответствует потоку нейтронов, испущенных против пучка, пп = 2 с-1. Это
Рис. 3: Счет нейтронного детектора Не-3 (■, к), (а) Мишень - Тг/ТЮ:ВХ толщиной 300 мкм, пучок - Н+ (10, 15, 23 кэВ), (б) Мишень - Тг/ТЮ:Вх, 30 мкм, пучок - Ие~+ (10; 15 20 кэВ). Средний фон {Иь) (•) измерен с мишенью Си.
примерно в 6 раз меньше потока нейтронов, испущенных вперед по пучку, что говорит о сильной анизотропии вылета продуктов ББ-реакции.
На рис. 3 показаны результаты измерения потока нейтронов детектором Не-3 при воздействии пучков Н+ и N6+ на мишень Тл/ТЮ:БХ. Фоновые измерения проводились с аналогичными пучками на мишени Си. Из рис. 3 видно, что при воздействии пучка
на митттень Т1/'ТЮ:В х фоновыми значениями.
х
использовалась методика расчета, описанная в [2]. Чтобы оценить выходы
2х
ком ионов мы использовали упрощенную модель процесса, принимая во внимание, что десорбция дейтерия, стимулированная излучением, приводит к току дейтронов, двигающихся к поверхности из образца. Такой ток дейтронов можно рассматривать как "пучок", а дейтерированную поверхность как "митттень".
Потенциал экранирования ие оценивался по полуэмпирической формуле [4]:
ие = (Т/То)-1/2 [а 1п(у) + Ь], (1)
где а = 145.3 и Ь = 71.2 - численные константы ну = к х y0(Jd/J0)■ Здесь к = ехр(—£^Т/квТТ0), £d = 0.04 эВ - энергия активации дейтрона, у0 = 10Ме/0 - отношение концентраций атомов металла и дейтерия в мишени при Т0 = 290 К и J0 = 0.03 тА/ст2, Jd = 1 мА/см2 - плотность тока дейтронов из мишени. Ток дейтронов определялся по разности масс образца до и после облучения, поскольку скорость десорбции дейтерия из образца и определяет эту величину.
х
оказался равен ие = 796 эВ.
Таким образом, впервые показано, что воздействие пучков ионов Н+ и Ке+ в диапазоне энергий 10 25 кэВ и токов 0.01 0.1 мА на дейтерированную гетероструктуру
х
ЛИТЕРАТУРА
[1] И. П. Чернов, А. С. Русецкий, Д. Н. Краснов и др., ЖЭТФ 139(6), 1088 (2011).
[2] А. В. Багуля, О. Д. Далькаров, М. А. Негодаев и др.. Краткие сообщения по физике ФИАН 39(9), 3 (2012).
[3] А. В. Багуля, О. Д. Далькаров, М. А. Негодаев и др.. Краткие сообщения по физике ФИАН 39(12), 3 (2012).
[4] А. Г. Липсон, А. С. Русецкий, Б. Ф. Ляхов и др.. Химия высоких энергий 42(4), 361 (2008).
Поступила в редакцию 13 ноября 2012 г. В исправленном варианте 12 августа 2013 г.
