Способ получения изотопа *993*997ar для калибровки радиохимических детекторов нейтрино

 

Сущность изобретения: мишень, выполненную из обогащенного азота ³⁴S, облучают потоком альфа-частиц при плотности потока больше или равно 10¹⁷ альфа-частиц м^-2с^-1 и концентрации ³⁴S больше или равно 10²⁸ атомов в 1 м³. Положительным эффектом изобретения является получение постоянного потока нейтрино от источника нейтрино на основе изотопа ³⁷Ar с постоянной объемной активностью, большей или равной 3,710¹⁶ Бк.

Изобретение относится к исследованию взаимодействия элементарных частиц и может быть использовано при калибровке нейтринных телескопов.

Известны способы калибровки нейтринных телескопов путем облучения радиохимических детекторов потоком нейтрино, получаемого от искусственного источника с объемной активностью не меньше 3,710¹⁶ Бк.

Известно также использование в качестве искусственного источника нейтрино -захватных изотопов ³⁷Ar, как наиболее близко имитирующего ⁷Be солнечных нейтрино (R. S. Raghavan. Proceedings of the Brookhaven Solar Neutrino Conf. 1978).

Известно получение ³⁷Ar путем облучения обогащенного ³⁶Ar в реакторе потоком тепловых нейтронов (W.C. Haxton. Phys. Rev C. vol. 38, N 5(1988), p. 2474). Однако получение ³⁷Ar требуемой активности данным способом является трудновыполнимым с точки зрения конструктивных и режимных особенностей используемого типа реакторов.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения ³⁷Ar путем облучения мишени из кальцийсодержащих веществ в реакторе БН потоком быстрых нейтронов с последующим извлечением наработанного до требуемой активности ³⁷Ar из мишени и помещением его в ампулу (В.Н. Гаврин, С.Н. Даньшин, Г.Т. Зацепин, А.В. Копылов. Препринт ИЯИ СССР П-0335, 1984).

Однако данный способ не позволяет получить источник нейтрино на основе ³⁷Ar постоянной объемной активности, поскольку за время одной микрокампании можно получить разовый источник требуемой объемной активности, после чего активность данного источника будет уменьшаться со временем T_1/2 35 сут, что соответственно вызовет уменьшение создаваемого им калиброванного потока нейтрино.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании искусственного источника нейтрино на основе ³⁷Ar постоянной объемной активности и соответственно получении постоянного во времени калиброванного потока нейтрино.

Для решения этой задачи в способе получения изотопа ³⁷Ar для калибровки радиохимических детекторов, включающем наработку изотопа ³⁷Ar путем облучения материала мишени потоком ионизирующего излучения до объемной активности не менее 3,710¹⁶ Бк, в качестве материала мишени используют изотоп ³⁴S, который облучают потоком a -частиц при плотности потока, не меньшем 10¹⁷ a -частиц м^-2с^-1 и концентрации ³⁴S, не меньшей 10²⁸ атомов в 1 м³, и наработанный до требуемой активности в мишени газообразный ³⁷Ar подают непосредственно к месту использования.

Использование предложенной совокупности существенных признаков позволяет нарабатывать изотоп ³⁷Ar сразу в газообразной фазе и в непосредственной близости от реактора, причем с постоянной скоростью наработки изотопа ³⁷Ar. При этом осуществление непрерывной подачи наработанного до требуемой активности изотопа ³⁷Ar прямо в канал детектора обеспечивает получение искусственного источника нейтрино с постоянной объемной активностью. Предложенное изобретение осуществляется следующим образом. Мишень, выполненную из обогащенного изотопа ³⁴S с концентрацией не менее 10²⁸ атомов в 1 м³, помещают в облучаемую камеру. Затем облучают потоком a -частиц от генератора a -частиц, причем энергия a -частиц должна быть больше 5 Мэв, так как порог реакции ³⁴S + a__ ³⁷Ar + n равен 4,95 Мэв. Плотность потока -частиц устанавливают при этом не менее 10¹⁷ a -частиц м^-2с^-1. Наработанный до требуемой объемной активности газообразный аргон извлекают при помощи гелия и направляют в калибруемый детектор. Метод извлечения газообразного ³⁷Ar при помощи гелия описан в (Девис Р. Труды международного семинара по физике нейтрино и нейтринной астрофизике. Препринт ФИАН М. 1969). При установлении потока 10¹⁷ a -частиц м^-2с^-1 и концентрации ³⁴S<10 атомов в 1 м³ практически невозможно добиться требуемой объемной активности с одновременным обеспечением постоянной скорости наработки аргона.

Таким образом, источник нейтрино, получаемый по данному изобретению, создает постоянный во времени поток нейтрино, за счет чего значительно повышается точность калибровки нейтринных телескопов.

С источником, получаемым по способу-прототипу, можно работать не более 3 месяцев, после чего понижение объемной активности источника нейтрино не позволяет использовать его для калибровки радиохимических детекторов нейтрино. Кроме того, при получении ³⁷Ar по способу-прототипу важно учитывать флюенс нейтронов с энергией E 2 Мэв за одну микрокампанию реактора и количество вещества мишени (Ca, CaO), которое можно практически разместить в реакторе. Предварительные расчеты показывают, что для этих целей возле активной зоны потребуется разместить не менее 1 т кальцийсодержашего вещества. Это примерно 50 сборок БЗВ (боковой зоны воспроизводства) на уровне активной зоны реактора. Обработка такого количества сборок, последующее выделение из них ³⁷Ar и фиксация его в ампуле может занять промежуток времени, равный периоду полураспада T_1/2 35 суток, т.е. для источника 3,710¹⁶ Бк необходимо будет фактически наработать в два раза больше ³⁷Ar, чем в предлагаемом изобретении. Это может быть технически нереальным в настоящее время.

Формула изобретения

Способ получения изотопа ₃₇Ar для калибровки радиохимических детекторов нейтрино, включающий наработку изотопа ₃₇Ar путем облучения материала мишени потоком ионизирующего излучения до объемной активности, большей или равной 3,710¹⁶ Бк, отличающийся тем, что, с целью получения постоянной объемной активности, в месте использования в качестве материала мишени используют изотоп ₃₇S, который облучают потоком - частиц при плотности потока не меньшем 10¹⁷- частиц/(м^-2с^-1) и концентрации ₃₇S не меньше 10²⁸ атомов в 1 м³ и наработанный до требуемой активности в мишени газообразный ₃₇Ar подают непосредственно к месту использованиям