Введение к работе
Актуальность проблемы:
Несмотря на то, что за последние годы не появилось принципиально новых детекторов, бурное развитие вычислительной техники и появление быстрых оцифровщиков формы импульсов с частотой пропускания более 1 ГГц позволило качественно изменить процесс проведения эксперимента в ядерной физике - появилась возможность на новом уровне контролировать (и автоматизировать) процессы получения и обработки данных с детекторов ядерного излучения, применять комплексные математические алгоритмы для off-line обработки экспериментальных данных.
В качестве примера применения быстрых оцифровщиков формы импульсов с детекторов ядерного излучения было выбрано явление испускания
высокоэнергетичных у-квантов при спонтанном делении ядер Cf .
В настоящее время энергетические и угловые распределения у-квантов и нейтронов, испускаемых с энергиями Ey < 10...20 МэВ при спонтанном делении тяжелых ядер, изучены достаточно хорошо. Исследования процесса испускания высокоэнергетичного (Ey > 20 МэВ) у-излучения вызваны как необходимостью создания полной картины эволюции делящейся системы (испускание предразрывных у-квантов, возбуждение гигантских дипольных резонансов в осколках [1,2]), так и поиском экзотической радиоактивности тяжелых ядер.
В 1989 году группа японских физиков [3] обнаружила у-излучение с энергией
до 160 МэВ, сопровождающее спонтанное деление ядер Cf. Из пяти экспериментов [1,4-7], ставивших целью проверить результаты японской группы, только два дали положительный результат [1,6]. На основании этого был сделан вывод о необходимости разработки более чувствительного метода регистрации высокоэнергетичного у-излучения.
Особенностью экспериментального исследования высокоэнергетического у-излучения при спонтанном делении является низкая вероятность выхода у-квантов, которая составляет ~ 10- фотон/(МэВ деление). Основными трудностями измерения их выхода являются правильный учет влияния космического фона и эффекта наложенных импульсов, поступающих с детекторов. Использование аналоговой электроники, с помощью которой были получены все экспериментальные результаты предыдущих групп [1,3-7], не позволяет корректным образом учесть это влияние.
Существенное повышение чувствительности детектирующей установки возможно только путем перехода к использованию быстрых оцифровщиков формы импульсов с частотой пропускания более 1 ГГц. Разработке комплексной методики регистрации высокоэнергетичного у-излучения при спонтанном делении тяжелых
ядер (в первую очередь, Cf) на основе цифровых алгоритмов обработки импульсов с у- и нейтронного детекторов и методики вычитания космического фона и случайных совпадений и посвящена эта диссертационная работа.
Цель работы:
-
Разработка методики регистрации импульсов с детекторов ядерного излучения. Создание цифрового алгоритма обработки формы импульсов (в том числе, и наложенных) с у- и нейтронного детекторов;
-
Создание экспериментальной установки для измерения выхода высокоэнергетичных у-квантов, сопровождающих спонтанное деление тяжелых ядер, и разработка методики регистрации высокоэнергетичного у-излучения тяжелых ядер в совпадении с нейтронами деления и методики вычитания космического фона и случайных совпадений;
-
Измерение энергетических спектров у-квантов при спонтанном делении 252Cf при различных углах между у- и нейтронным детекторами.
Научная новизна и практическая значимость работы:
Впервые для измерения выхода высокоэнергетичных у-квантов при спонтанном делении тяжелых ядер был применен цифровой метод получения и обработки формы импульсов с у- и нейтронного детекторов, который позволил существенно улучшить чувствительность экспериментальной установки. Для этой цели был разработан и создан цифровой спектрометр на основе цифрового запоминающего осциллографа Tektronix TDS 7704B, разработаны цифровые алгоритмы обработки записанных форм импульсов и программное обеспечение управления осциллографом. Впервые был разработан цифровой алгоритм, который позволил обрабатывать события, связанные с наложением импульсов.
Впервые для двух значений углов (90o и 180o) между у- и нейтронным
детекторами были измерены выходы у-квантов при спонтанном делении ядер Cf в области энергий 20...60 МэВ, значения которых удовлетворительно совпали с данными других авторов [1,3,6] и между собой, что может указывать на наличие изотропии в процессе испускания высокоэнергетичного у-излучения.
Разработанный метод цифровой обработки формы сигналов с детекторов ядерного излучения был применен для исследования сцинтилляционных характеристик перспективных материалов для селективной регистрации нейтронов: обогащенного 6Ьі-силикатного стекла и дигидрофосфата калия (исследован впервые). Измерены значения времен высвечивания и эффективностей регистрации нейтронов сцинтилляторами в смешанных у-, n- полях.
Вклад автора:
Личный вклад автора заключается в обосновании необходимости использования цифрового метода получения и обработки импульсов с детекторов ядерного излучения для измерения выхода высокоэнергетичных у-квантов при спонтанном делении тяжелых ядер, разработке и создании спектрометра на основе цифрового запоминающего осциллографа Tektronix TDS 7704B и программного обеспечения управления осциллографом, тестировании спектрометра, в разработке и апробации цифровых алгоритмов обработки форм импульсов с детекторов у- и нейтронного излучения, разработке и апробации методики вычитания космического фона и случайных совпадений, в проведении численного моделирования экспериментальной установки в пакете GEANT4, в получении экспериментальных данных по вероятности выхода высокоэнергетичного у-излучения при спонтанном
делении ядер Ci для двух значений углов между у- и нейтронным детекторами, в экспериментальном исследовании свойств перспективных сцинтилляторов для селективной регистрации нейтронов - обогащенного 6Ьі-силикатного стекла и дигидрофосфата калия (KH2PO4).
Основные результаты диссертации, выносимые на защиту:
1. Методика регистрации у-квантов, испускаемых в редких ядерных
превращениях, происходящих с вероятностью до 10- фотон/(МэВ деление) в
области энергий 20...60 МэВ, на основе время-пролетных совпадений нейтронов деления и высокоэнергетичных у-квантов с использованием быстрых оцифровщиков формы импульсов.
-
-
Апробация разработанного цифрового алгоритма обработки формы импульсов с у- и нейтронного детекторов в экспериментах с Pu(Be) источником, космическими мюонами и экспериментах по регистрации а-у совпадений.
-
Экспериментальные данные по энергетическому распределению вероятностей
выхода высокоэнергетичного у-излучения при спонтанном делении ядер Cf в диапазоне энергий 5.60 МэВ для углов 90o и 180o между у- и нейтронным детекторами.
-
-
С помощью разработанных цифровых методов регистрации импульсов результаты исследований свойств перспективных неорганических сцинтилляционных материалов - монокристаллов дигидрофосфата калия (KH2PO4) и ^-силикатного стекла, активированного церием.
Апробация работы:
Результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались на семинаре молодых ученых и научно-техническом совете НИЦ нанотехнологий ФГУП ЦНИИХМ; на 53-й всероссийской молодежной конференции МФТИ; на международных конференциях «Nuclear Reactions on Nucleons and Nuclei» (Италия); «Ядро-2010» (Санкт-Петербург); LUMCOS-2011 (Харьков); ИСМАРТ-2012 (Дубна); на международном симпозиуме «Quasifission Process in Heavy Ion Reactions» (Италия).
Публикации:
Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в 3 журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и трех приложений. Общий объем диссертации 126 страниц. Диссертация содержит 45 рисунков, 10 таблиц и список литературы, включающий 66 наименований.
Похожие диссертации на Применение цифрового метода обработки формы сигналов для изучения выхода высокоэнергетичного -излучения при спонтанном делении тяжёлых ядер
-
-
