XXXII Щорічна конференція ІЯД НАН України - 2025

Пошук холодного поділу нуклідів плутонію і америцію за допомогою гамма-спектрометрії

28 трав. 2025 р., 15:00

20 хв

Секційна доповідь Експериментальна ядерна фізика Експериментальна ядерна фізика

Доповідач

Пан Ілля Клюєв (Інститут ядерних досліджень НАН України)

Опис

ПОШУК ХОЛОДНОГО ПОДІЛУ НУКЛІДІВ ПЛУТОНІЮ І АМЕРИЦІЮ ЗА ДОПОМОГОЮ ГАММА-СПЕКТРОМЕТРІЇ

І.С. Клюєв, Д.В. Касперович, В.В. Кобичев

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

Існує уніфікована теоретична модель радіоактивного розпаду з вильотом нуклонів та ядер, розроблена Дуарте та ін. [1], яка охоплює різноманітні ядерні перетворення від протонного і альфа-розпаду до кластерного розпаду та холодного поділу, у якій наведено теоретичні передбачення парціальних періодів напіврозпаду для ряду каналів холодного поділу важких елементів, включно з ізотопами плутонію та америцію. Ми виконали експериментальну перевірку цієї моделі шляхом пошуку характерного гамма-випромінювання, яким супроводжуються відповідні канали розпаду.
Ми використали гамма-спектрометричні дані із бази даних спектрів гамма-випромінення зразків урану і плутонію IDB [2], створеного в МАГАТЕ, зокрема спектр з ідентифікатором id-1463 [3], виміряний у підрозділі Об’єднаного дослідницького центру Єврокомісії в Карлсруе (Німеччина) у 2015 році зі зразком діоксиду плутонію (PuO2) вагою 6,630 г [4] та HPGe- детектором з відносною ефективністю реєстрації 54%. На момент вимірювання зразок містив 93,58% 239Pu та 6,31% 240Pu із домішками інших нуклідів плутонію та 241Am (див. Таблицю 1).

Нуклід Масовий вміст, %
238Pu 0,0094
239Pu 93,5839
240Pu 6,3108
241Pu 0,0563
242Pu 0,0396
241Am 0,2634
Таблиця 1. Ізотопний склад зразка оксиду плутонію (на момент проведення вимірювань)

Аналіз передбачав виявлення бета-активних вторинних нуклідів, які могли утворитися внаслідок холодного поділу та розпадаються з випроміненням гамма-квантів. В ході обробки даних було здійснено ретельне калібрування енергетичної шкали та оцінку роздільної здатності детектора.
Для моделювання ймовірності реєстрації гамма-квантів у піках повного поглинання застосовано метод Монте-Карло. Ці обчислення було проведено в середовищі Simourg 1.5.0 [5], яке функціонує як оболонка для симуляційного пакету GEANT4 [6,7]. Актуальність обраної моделі підтверджувалася шляхом порівняння з гамма-піками від розпадів нуклідів плутонію і америцію у зразку у діапазоні 59–1057 кеВ. У високоенергетичній частині спектру (1057–2930 кеВ) було проведено пошук сигналів, які могли б відповідати розпаду дочірніх продуктів, утворених у процесах холодного поділу.
На основі отриманих результатів було встановлено нижні експериментальні обмеження на парціальні періоди напіврозпаду для ряду можливих каналів холодного поділу нуклідів 238–242Pu та 241Am.

1. S.B. Duarte et al. At. Data Nucl. Data Tables 80 (2002) 235.
2. An International Database of Reference Gamma Spectra (IDB-v2024-01) (IAEA, 2024) https://nds.iaea.org/idb
3. Spectrum 1463 https://nds.iaea.org/idb/spectra/1463
4. PuO2 Pilot Reference Samples for Isotopic Composition Measurements by Gamma Spectrometry: CBNM – NRM 271 (12.01.1987) https://nds.iaea.org/media-idb/certificates/Pu_CBNM271.pdf
5. В.В. Кобичев. Ядерна фізика та енергетика 12(3) (2011) 301.
6. J. Allison et al. IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 (2006) 270.
7. S. Agostinelli et al. Nucl. Instrum. Meth. A 506 (2003) 250.