Зactocуbaння moнokpиctaлa li2в4о7 для очищення пучків гальмівного випромінювання електронних прискорювачів від теплових нейтронів

Застосовування монокристала Li2В4О7 для очищення пучків гальмівного випромінювання електронних прискорювачів від теплових нейтронів. (19) (21) u200903026 (22) 30.03.2009 (24) 11.01.2010 (46) 11.01.2010, Бюл.№ 1, 2010 р. (72) ПАРЛАГ ОЛЕГ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ГОЛОВЕЙ ВАДИМ МИХАЙЛОВИЧ, МАСЛЮК ВОЛОДИМИР 3 декількох хвилин [3]. Це дозволяє використати монокристал літію тетраборату як матеріал для виготовлення фільтра - поглинача фотонейтронів. Наводимо приклади реалізації. Приклад 1 (прототип) Дія детектора нейтронного випромінювання базується на ефекті супертунельного переходу [2]. Він складається із пластини з монокристалу Li2В4О7 товщиною 0,3мм, на поверхні якої розміщено виготовлений з ніобію сенсор. Детектор охолоджують до 0,45К і прикладають до нього магнітне поле з напругою ~100G паралельно до ізолюючого бар'єру з метою подавлення джозефсоновського струму супертунельного переходу. Супертунельний перехід зміщується за рахунок накладання постійного струму 40нА. Нейтронне випромінювання, на відміну від гамма-випромінювання, ефективно поглинається монокристалом Li2В4О7. Імпульсні сигнали, спричинені фононами, які виникають внаслідок ядерних реакцій при взаємодії нейтронів з ізотопами 6Li 10 і В в монокристалі Li2В4О7, з сенсора супертунельного переходу подаються на попередній підсилювач, а потім - на спектроскопічний підсилювач з часом розділення 3 мкс. Розділення імпульсів, обумовлених гамма- і нейтронним випромінюванням, стає можливим за рахунок різниці в швидкості їх зростання. Запропонований детектор нейтронного випромінювання дозволяє визначати інтенсивність нейтронного випромінювання в змішаних гамма-нейтронних полях. Приклад 2 Визначення поглинальної здатності нейтронів і гамма-квантів в пучку гальмівного випромінювання матеріалом нейтронного фільтру здійснювали за допомогою активаційних детекторів відносним методом. Дослідження проводили на електронному прискорювачі ІЕФ НАН України - мікротроні М30 в стандартних геометричних умовах при максимальній енергії електронів 14МеВ та середньому струмі ~ 6мкА. Пучок прискорених електронів взаємодіяв з танталовою мішенню товщиною 1мм, внаслідок чого утворювалося гальмівне випромінювання, що містило високо енергетичні гаммакванти та фотонейтрони. У якості нейтронного фільтру використовували монокристал нелегованого тетраборату літію Li2В4О7, який мав вигляд циліндру діаметрам ~ 30мм та висотою ~ 19.5мм. Активаційні монітори (оксиди ванадію (V2O5) та марганцю (MnО2) вибирали з врахуванням придатності їх ядерно-фізичних характеристик та параметрів активації [3] для проведення контролю вмісту нейтронів і гамма-квантів у пучку. Вони знаходилися в стандартних циліндричних контейнерах з кальки. Розміри контейнерів - діаметр ~ 10.0мм і висота ~30.0мм для V2O5 та ~ 5.0мм і ~20.0мм для МnО2. Вага V2O5 в контейнерах 1.002г, а МnО2 - 0.300г. Монітори розташовували Комп’ютерна верстка О. Рябко 46732 4 по центру вісі пучка на відстані 55мм від гальмівної мішені таким чином, щоб фільтр цілком закривав площину активаційного монітора. Кількісну оцінку вмісту нейтронів в пучку гальмівного випромінювання проводили згідно результатів вимірів наведеної гамма-активності ізотопів, утворених за реакціями 51V(n, )52V та 55Мn(n, )56Мn, а гамма55 54 квантів - за реакцією Мn( ,n) Мn. Гамма-кванти, що утворюються внаслідок взаємодії теплових нейтронів з ізотопами 6Li та 10В, не фіксуються моніторами, тому що мають енергії нижче порогу 51 55 ( ,n) - реакції для ізотопів V і Мn [3]. Виміри наведеної активності детекторів проводили на гамма-спектрометричному комплексі SBS-40 з напівпровідниковим Gе(Lі) - детектором в стандартних геометричних умовах. Сумарна похибка вимірів не перевищувала ~ 5%. Встановлено, що після проходження гальмівним випромінюванням фільтра, виготовленого з монокристалу Li2В4О7, абсолютна кількість гаммаквантів зменшилась на ~ 4.5%, а теплових нейтронів - на 31% відносно їх кількості у вихідному пучку, отже зріс вміст високо енергетичних гаммаквантів. Джерела інформації: 1. Радиационностойкие материалы // Энциклопедия неорганических материалов: В 2т. / Под ред. Федорченко И.М. - Киев: Главн. Ред. Украинской советской энциклопедии, 1977. - с.271-273. 2. Nakamura Т., Katagiri M., Soyama К. et al. Discrimination of neutrons and gamma rays by a neutron detector comprising a superconducting tunnel junction on a single crystal of Li 2В4О7 // Nucl. Instram. Meth. A. - 2004. - Vol. 529, №1-3. - P.402-404. 3. Парлаг О.О. Каталог гамма-спектрів продуктів активації хімічних елементів гальмівним випромінюванням мікротрону / Парлаг О.О., Маслюк В.Т., Пуга П.П., Головей В.М. - К.: Наукова думка, 2008. - 184с. 4. Sangeeta, К. Chennakesavulu, D.G. Desai et al. Neutron flux measurements with a Li 2B4O7 crystal // Nucl. Instrum. Methods A. - 2007. - Vol.571. P.699-703. 5. The database "Giant Dipole Resonance Parameters and Photonuclear Reaction Cross Sections". Last updated: May 7th, 2002. Centre for photonuclear experiments data Moscow state university, http:/cdfe.sinp.msu.ru/services/gdrsearch.html 6. Skvortsova V., Mironova-Ulmane N., Ulmanis U., Matkovskii A. Radiation effects in Li 2В4О7 oxide crystals // Nucl. Instrum. Meth. B. - 2000. - Vol.166167. - P.284-288. 7. Matkovskii A.O., Sugak D.Yu., Burak Ya.V. et al. Radiation defect formation in lithium tetraborate (LTB) single crystals.// Radiat. Eff. Defect. S. -1994. Vol. 132, №2. - P.371-376. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601