Модернизация кристалл-дифракционного фокусирующего гамма-спектрометра ГСК-2 : Прямые измерения гамма-спектра активной зоны реактора в диапазоне энергий 95-250 кэВ

• Автор: Румянцев, Виталий Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 83 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.
Проблема исследования спектров возбужденных состояний атомных ядер тесно связана с фундаментальной для ядерной физики проблемой взаимодействия нуклонов в ядре. Для выбора модели теоретического описания свойств ядер необходимы надежные модельно независимые схемы ядерных уровней. Одним из наиболее важных источников информации, необходимой для этой цели, является прецизионная ядерная спектроскопия. По разрешающей способности и точности определения энергий значительно выделяются кристалл-дифракционные гамма-спектрометры. В настоящее время, после мессбауэровских спектрометров, применимых вблизи ограниченного числа так называемых мессбауэровских переходов, они являются наиболее прецизионными. Поэтому гамма-спектроскопия с помощью фокусирующих дифракционных спектрометров стала одним из основных методов изучения сложных ядерных спектров. К ее достоинствам относится следующее:
1. анализируется непосредственно у-излучение, а не вторичные частицы, что имеет место в широко распространенных косвенных методах (магнитных, полупроводниковых и парных спектрометрах);
2. форма линий симметричная, отсутствуют растянутые "хвосты", связанные с торможением вторичных частиц, что облегчает интерпретацию спектров;
3. разрешающая способность высокая, особенно в области малых энергий;

4. на кристалл-дифракционных спектрометрах достигнута наибольшая точность измерения энергии у-излучения.
Основным препятствием к широкому использованию спектрометров с фокусировкой на изогнутом кристалле долгое время была их малая светосила. Для исследований требуются источники с высокой удельной активностью. С постройкой мощных высокопоточных реакторов эта проблема была решена.
В 1961 г. О.И.Сумбаевым и А.И.Смирновым [1-3] был создан кристалл-дифракционный у-спектрометр по Кошуа ГСК-2, предназначенный для исследования сложных спектров у-лучей, сопровождающих захват тепловых нейтронов ядрами атомов мишени, в диапазоне энергий 40 - 1000 кэВ.
Спектрометр ГСК-2 заработал вскоре после пуска реактора ВВР-М в Гатчине, и результаты первых измерений у-спектров из (п,у]-реакции были опубликованы в работах [4-5].
Создание нескольких ядерно-спектроскопических установок на реакторе ВВР-М (установка для измерения мгновенных и задержанных у-у-совпадений, магнитный бета-спектрометр, Се (Ы)-детекторы) позволило провести в 1970-1982 годах комплексное исследование возбужденных состояний нечетно-нечетных ядер в области Ъ, N=50^-82. С привлечением данных, полученных в результате совместных исследований на у-спектрометрах Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле, на ускорителях Института Макса

Планка в Гейдельберге и Технического Университета Мюнхена в Гархинге, были построены достоверные схемы нижних возбужденных состояний (до 1МэВ) ядер 1161п, 122БЬ,
128 134
I, Се и Рг [6-11]. Главная особенность этих схем состоит в том, что почти все уровни, возбуждаемые в (п,у)-реакции, видны и в реакциях однонуклонной передачи, что позволяет интерпретировать эти уровни как члены р-л-мультиплетов, построенных на низколежащих одночастичных протонных и нейтронных состояниях. Схемы уровней разделяются на схемы уровней положительной и отрицательной четности, связанных малым числом Е1-переходов. Расчет расщепления мультиплетов остаточным взаимодействием, взятым в виде комбинаций вигнеровских, синглетных и тензорных сил, приводит к согласию с экспериментом в пределах 30-40 кэВ и позволяет сделать вывод о приблизительном постоянстве параметров взаимодействия вигнеровских и синглетных сил для различных ядер.
В последующие годы проведено существенное усовершенствование спектрометра: модернизированы основные узлы (изгибающее устройство, узел поворота оси кристалла, приемная щель детектора); выбран специальный вырез кристалла, для которого отсутствует упругая квазимозаичность и другие типы деформации, приводящие к отклонению равновесной формы изгибаемой пластины от цилиндрической; улучшена методика юстировки кристалла; для повышения точности относительных измерений углов дифракции (энергий) спектрометр оснащен уникальным интерферометром на высокочастотных голографических решетках [12] . На спектрометре ГСК-2М получено (1980 г.) рекордное для

3.6.Заключение.
Основной итог работы - предпринятый на основе проведенного теоретического анализа комплекс мер позволил ~ в 20 раз улучшить разрешение кристалл-дифракционного спектрометра с одновременным увеличением отношения эффекта к дифракционному фону.
Наиболее общее значение имеет непосредственно следующий из работы вывод о том, что ширина мозаики кристалла кварца - параметр, характеризующий предельное угловое разрешение любых кристаллооптических приборов на его основе (х-, у— спектрометры, нейтронные дифрактометры, устройства, использующие эффект каналирования высокоэнергетических заряженных частиц), может составлять величину *£0,1", т.е. быть, по крайней мере, в 10 раз меньше принимавшегося ранее минимума.
Описанный выше прием получения чистого цилиндрического изгиба монокристаллической пластины может быть полезен и для фокусирующих кристалл-дифракционных спектрометров, работающих на отражение. В этом случае отражающие плоскости повторяют форму передней грани пластины и отличие ее от точного цилиндра ("бочка", "седло") непосредственно влияет на форму рефлекса и разрешающую способность прибора.
Описанный метод получения с высокой точностью цилиндрической поверхности, в принципе, может быть использован и для получения других поверхностей второго порядка: гиперболического параболоида (ки>0), эллиптического параболоида (кц<0).