Исследование возможности применения линейных ускорителей ионов водорода для нейтронно-активационного анализа по короткоживущим нуклидам Сидоров, Александр Владимирович

Введение к работе

Актуальность проблемы. В активационном анализе в
последние годы большое внимание уделяется методам, основанным
на использовании ядерных реакций, приводящих к образованию
нуклидов с малым периодом полураспада. Достоинствами этого
варианта анализа являются высокая чувствительность,
селективность и производительность, что особенно важно при
массовом анализе в горнорудной, добывающей промышленности, на
обогатительных комбинатах, а также в медицине, экологии,
криминалистике и других отраслях науки и техники. Прогресс
данного вида анализа связан с созданием интенсивных компактных
источников активирующего излучения, а также с разработкой новых
подходов к его реализации. В этом аспекте представляется
безусловно актуальной тема исследования возможностей создания
комплексов нейтронно-активационного анализа (НАА) по
короткоживущим нуклидам на базе высокочастотных сильноточных
линейных ускорителей ионов (ЛУИ) водорода. Отличительной
особенностью данных установок является возможность получения
интенсивных потоков нейтронного излучения при минимальных
массогабаритных характеристиках, что определяет перспективы
создания компактных транспортабельных комплексов

высокочувствительного многоэлементного анализа.

Цель работы. Целью настоящей работы является:

разработка физической модели комплекса нейтронно-
активационного элементного анализа по короткоживущим нуклидам
на базе линейных ускорителей ионов водорода;

разработка теоретических методов, алгоритмов расчета и
вычислительных программ для моделирования ядерно-физических
процессов взаимодействия протонов, дейтонов и нейтронов с
веществом;

определение пределов обнаружения элементов и оптимизация
нейтронно-активационного анализа на базе ЛУИ.

Научная новизна работы. Научная новизна заключается в исследовании возможностей применения ЛУИ водорода для целей нейтронно-активационного анализа на основе моделирования ядерно-физических процессов взаимодействия протонов, дейтонов н нейтронов с веществом. Конкретные теоретические и

экспериментальные исследования позволили получить ряд новых результатов:

Разработана физическая модель и метод циклического НАЛ по короткоживущим нуклидам при использовании ЛУИ в качестве источника импульсного нейтронного излучения.

Оптимизированы временные характеристики ЛУИ (длительность и период повторения токовых импульсов) для НАА по короткоживущим нуклидам в циклическом режиме.

Создана модель ядерных (р,п) реакций при надпороговых энергиях налетающих частиц.

Разработаны теоретические методы и вычислительные программы для расчетов ядерно-физических процессов взаимодействия протонов, дейтонов и нейтронов с веществом в широком диапазоне энергии - от порога (рді) и (d,n) реакций до нескольких ГэВ. В частности, предложены методы расчета двойных дифференциальных сечений (р,п) реакций и реакций под действием нейтронов в области энергий до.20 МэВ и алгоритм расчета дифференциальных распределений нейтронов, образующихся при взаимодействии протонов или дейтонов с толстой мишенью.

Достоверность и практическая ценность. Достоверность теоретических методов моделирования ядерно-физических процессов взаимодействия протонов, дейтонов и нейтронов с веществом подтверждена тестированием используемых алгоритмов при различных начальных условиях и сравнением результатов расчетов с известными экспериментальными данными. Эффективность метода циклического НАА по короткоживущим нуклидам при использовании ЛУИ подтверждена проведенными экспериментальными исследованиями, в которых использовались современные методики и измерительная аппаратура.

Практическая ценность заключается в разработке математического аппарата моделирования комплексов НАА на базе ЛУИ, а также в создании ядерно-физического оборудования для их реализации, включающего в себя камеру взаимодействия, систему сбора и обработки спектрометрической информации, систему моииторирования импульсного нейтронного излучения.

Теоретические и экспериментальные результаты, полученные в работе, использовались при выполнении хоздоговорных и госбюджетных работ в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова в период с 1986 по 1996 г.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на IV Европейском совещании по ускорителям ЕРАС-94 (Лондон, 1994г.), Международной конференции по линейным ускорителям (США, Техас, 1995г.), IV Международной конференции "Применение полупроводниковых детекторов в ядерно-физических задачах" (Латвия, Юрмала, 1995г.), Менделеевском съезде (Обнинск, 1993г.), Международных совещаниях BDO (Beam dinamic optimization)-94 и BDO-96 (С.-Петербург, 1994 и 1996 гг.).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, имеет объем 83 стр., 37 рисунков, 6 таблиц, список цитируемой литературы из 48 работ.

На защиту выносятся

1. Метод циклического нейтронно-активационного анализа по короткоживущим нуклидам на основе использования ЛУИ.

2. Физическая модель комплекса нейтронно-активационного анализа по короткоживущим нуклидам на базе ЛУИ.

3. Методы расчетов и вычислительные программы для моделирования ядерно-физических процессов взаимодействия протонов, дейтонов и нейтронов с веществом в широком энергетическом диапазоне.

4. Метод расчета полного и дифференциальных сечений (р,п) реакций для ядер легких и средних элементов вблизи порога.

5. Результаты теоретических оценок пределов обнаружения элементов и оптимизации нейтронно-активационного анализа на базе ЛУИ с использованием разработанных методов расчета и вычислительных программ.