Генерация позитронов и квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету для исследований гигантских резонансов в атомных ядрах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Генерация позитронов и квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету для исследований гигантских резонансов в атомных ядрах

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Исследование фотоядерных реакций в области гигантских резонансов (ГР) актуальная задача. Однако для наиболее освоенного источника фотонов от торможения ускоренных электронов (e) есть две проблемы, связанные с точным определением спектров фотонов и с решением обратной задачи - извлечением из измеренных с такими спектрами выходов информации о сечениях фотоядерных реакций. Эти проблемы затрудняют исследования структуры ГР. Возможный путь для частичной альтернативы исследованиям с тормозными фотонами и для проверки корректности решений указанных проблем при применении тормозных фотонов - использование квазимонохроматических фотонов («моно-») от аннигиляции позитронов (e) на лету в тонких мишенях с низким атомным номером Z. К сожалению, при этом улучшение качества фотоядерных исследований достается ценой снижения интенсивности используемых частиц на много порядков при конверсии и (ee), и (e «моно-»), а также значительного обострения фоновой обстановки. Требуются тщательные изучение и оптимизация аспектов методики генерации e и «моно-», а также использование достаточно сильноточных и высокоэнергичных доступных ускорителей e (прежде всего, импульсных). Сложность вовлеченных задач делает обязательными их экспериментальные исследования в условиях работающей установки, реализующей такую методику. Для проявления существенных возможностей применения этой методики нужен выбор адекватных экспериментов с такими пучками (с учётом параметров последних) и для изучения связанных с ГР проблем, и для прикладных исследований. Таким образом, создание установки получения прецизионных пучков e, e и «моно-» при характерных для ГР энергиях, изучение на ней особенностей генерации этих пучков, а также выбор и освоение оптимальных адекватных исследований как ГР, так и прикладных представляет собой актуальное научное направление.

Цель диссертационной работы экспериментальное изучение генерации пучков позитронов и квазимонохроматических аннигиляционных фотонов на импульсных ЛУЭ на бегущей волне (на базе ускорителя ЛУЭ-100 ИЯИ РАН с энергией ускоренных электронов E^- до ~100 МэВ), выбор оптимальных адекватных и актуальных экспериментов на этих пучках для исследований фотоядерных реакций в области ГР, а также прикладных применений.

Научная новизна.

Впервые измерен для оптимальных конвертеров дифференциальный коэффициент (e^-®e⁺) конверсии при энергии электронов E?(25ё60) МэВ. Показано: для генерации интенсивного пучка позитронов оптимальная энергия электронов в пучке с фиксированной мощностью составляет (60ё90) МэВ.

Разработана модель динамики дополнительного ускорения позитронов в ЛУЭ, результаты которой хорошо согласуются с полученными нами данными экспериментов. Показано, что «доускорение» позитронов целесообразно при их конечной энергии (E)_к30 МэВ, а при более низких (E)_к (практически соответствующих энергиям электрических дипольных (E1) и квадрупольных (E2) ГР) e⁺ выгоднее получать без их «доускорения».

Впервые на квазимонохроматических аннигиляционных фотонах на ЛУЭ-100 при энергии фотонов E_g----10 МэВ и её разбросе ДE_g----300 кэВ измерено с прямой регистрацией осколков деления в поликарбонатных плёнках при автоматическом счёте протравленных треков сечение реакции ²³⁸U(, F).

Практическая значимость

Разработана методика оптимальной генерации позитронов и квазимонохроматических аннигиляционных фотонов на ЛУЭ-100 ИЯИ РАН, которая может быть использована на других ускорителях электронов.

На пучках позитронов с энергиями E⁺--» (10ё60) МэВ на ЛУЭ-100 проведён цикл измерений функций отклика и эффективностей регистрации черенковских и сцинтилляционных детекторов частиц, включая использованный на искусственных спутниках Земли спектрометр СЭЗ-8МА.

Показана перспективность наработки в фотоядерных реакциях медицинских радиоизотопов для исследований, диагностики и терапии (включая однофотонную и позитронно-эмиссионную томографии и радиоиммунотерапию).

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

Установка для генерации на импульсном линейном ускорителе электронов на бегущей волне ЛУЭ-100 прецизионных пучков позитронов и квазимонохроматических аннигиляционных фотонов («моно-g») для исследований ГР в ядрах, включающая в себя систему транспортировки, формирования и анализа пучков электронов и позитронов с её наиболее функционально нагруженной частью - поворотно-анализирующей системой.

Магнитный спектрометр позитронов.

Результаты измерений дифференциального коэффициента конверсии (e^-®e⁺) для оптимальных конвертеров при e^- энергиях E^- (2560) МэВ.

Полученные полные коэффициенты (e^-®e^+)--конверсии (I⁺/I^- для средних токов для e⁺ и e^-) на созданной на ЛУЭ-100 системе генерации позитронов.

Результирующие потоки и спектры квазимонохроматических аннигиляционных фотонов, образуемых при конверсии (e⁺® «моно-g») на ЛУЭ-100.

Измеренные на квазимонохроматических аннигиляционных фотонах сечения реакций ⁶³Cu(g, n) и ²³⁸U(g, F) с разработанной методикой прямой регистрации осколков деления в поликарбонатных плёнках при автоматическом счёте протравленных треков.

Разработанную методику и результаты измерений функций отклика и эффективностей регистрации черенковских и сцинтилляционных детекторов частиц с использованием для этого «одиночных» позитронов.

Расчёты наработки на ускорителях электронов радиоизотопов для медицины.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на:

VIII итоговой конференции Центра ядерных исследований (Харьков, 1971).

Научной конференции МИФИ (М. 1971).

Всесоюзной конференции «Разработка и практическое применение электронных ускорителей» (Томск, 1972).

5Международной конференции по физике электромагнитных взаимодействий (Германия, Майнц, 1979).

Трех совещаниях-конференциях по ускорителям заряженных частиц (Дубна, 1978; Дубна, 1980; Протвино, 1994).

Трех совещаниях-конференциях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Рига, 1979; Ленинград, 1980; Санкт-Петербург 2010).

Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 21 публикации.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Общее количество страниц составляет 140, включая 45 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 168 наименований.

Личный вклад автора в выносимые на защиту результаты определяющий.

Краткое содержание диссертации

позитрон электрон импульсный фотон

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель, показаны научная новизна и практическая значимость проведённых исследований, приведены выносимые на защиту основные результаты и положения.

В первой главе рассматривается получение на ЛУЭ-100 (импульсном, на бегущей волне) прецизионных пучков электронов и позитронов для генерации квазимонохроматических аннигиляционных фотонов с целью исследований ядер в области ГР. При этом была создана соответствующая установка (см. рис. 1) с основными частями: собственно сам ЛУЭ; система транспортировки, формирования и анализа получаемых пучков (СТФА, с 3 дипольными электромагнитами (М₁ёМ₃) и 12 квадрупольными электромагнитами-линзами (Л₁ёЛ₁₂)) с подчастью - поворотно-анализирующей системой (ПАС); системой четырех узлов конвертерных мишеней и на самом ЛУЭ, и на СТФА (КМ1ёКМ4); системой мониторирования пучков электронов и позитронов. Работы по сооружению и развитию ЛУЭ, созданию и развитию других частей этой установки (прежде всего, СТФА) шли параллельно и влияли друг на друга, ведя к улучшению достижимых параметров пучков электронов и позитронов. Пучок электронов ЛУЭ позволяет проверять свойства и юстировку магнитных элементов ЛУЭ и СТФА.

СТФА же совместно со своими мониторами позволяет измерять и настраивать различные существенные параметры пучков ЛУЭ (в частности, при генерации позитронов), благодаря чему были проведены исследования и настройки как целиком ЛУЭ, так и отдельных его систем. Такое параллельное развитие ЛУЭ и СТФА способствовало получению прецизионных пучков электронов и позитронов. Исследования, моделирование, реконструкция, юстировки и настройки этого ЛУЭ обеспечили пучки ускоренных электронов с: пучковой наработкой в несколько тысяч часов в год и несколько сотен часов в сеансе; более чем удвоенными максимальными средними токами до ~17 мкА; почти удвоенными максимальными энергиями до ~100 МэВ; расширенным диапазоном доступных энергий ~(6ё100) МэВ; разбросами по энергии до ~(±0,4)%.

В настоящей работе на СТФА накладываются жесткие требования анализа и проводки на десятки метров (для снижения фона от ЛУЭ целиком и (e^-®e⁺) конвертера) без потерь полезных пучков позитронов, обладающих на порядки бульшими эмиттансами по сравнению с таковыми у электронов. Особенно важно отсутствие потерь на участке пучкопровода СТФА «90°» в области аннигиляционной мишени (из-за низкого допустимого коэффициента конверсии (e⁺® «моно-g»). Согласно проделанным расчетам оптимально выбрана и сооружена наиболее функционально нагруженная часть СТФА - ахроматическая ПАС с зеркальной симметрией, состоящая из двух секторных магнитов (2ґ45°) и четырёх линз между ними и обладающая разрешением до ~0,1% и аксептансами горизонтальным ~1,60Ч10^-3 мЧрад и вертикальным ~0,57Ч10^-3 мЧрад.

Для измерений дифференциального коэффициента конверсии K{E^?, E⁺} = I⁺/(I^-ЧDE⁺ЧDW⁺) разработан спектрометр e⁺ с захватываемыми относительным разбросом энергий (DE⁺/E⁺) @ 1,3% и телесным углом DW⁺--@ 0,5Ч10^-4 ср и низким фоном. При разных токах пучков e^? и e^? для измерений их распределений (поперечных, энергетических, фазовых, временных) разработаны мониторы (цилиндры Фарадея; магнитно-индукционные; вторичной эмиссии; люминесцентные; переходного или черенковского излучения; ионизационные и др.).

Имеются два подварианта методики генерации позитронов: без и с дополнительным их ускорением (для образуемых позитронов при (e^??e^?) конверсии в толстых мишенях-конвертерах с большими Z и толщинами T). Для обоих подвариантов существенны, прежде всего, параметры пучка позитронов из конвертера, которые, к сожалению, плохо поддаются расчётам, так что нужны экспериментальные данные, которые для наиболее важного из этих параметров - дифференциального коэффициента конверсии K(E⁺, E^-) отсутствовали в нужной области энергий.

Рис. 2. Зависимости K(E^?) при различных E^? для Ta конвертеров толщиной T=1,3X_o.

a) b)

Рис. 3. Зависимости a) K(E⁺=(E⁺)_i) и b) K(E⁺=(E⁺)_i)/E от E^- для (E⁺)_i=1=(E⁺)_макс (сплошные кривые) и (E⁺)_i=2=20 МэВ (штриховые кривые) при 9 МэВ ЈE^-Ј 220 МэВ. При E^-»(25ё60) МэВ данные наши; при E^-25 МэВ данные из [1], нормированные на наши данные при E^-25 МэВ; при E^-60 МэВ данные из [2], нормированные на наши данные при E^-60 МэВ.

С помощью созданного спектрометра позитронов при E^---» (25ё60) МэВ для оптимального по Z и T конвертера мы измерили K(E⁺, E^-) при нормальных падении электронов и испускании позитронов. «Сшивка» с данными работ [1,2] дала K для E^-»(9ё220) МэВ, охватывая практически всю интересную для генерации позитронов область E^- и E⁺. Без дополнительного ускорения позитронов полученные K(E⁺, E^-) дают ход зависимостей конечных токов позитронов от их энергий (I⁺)_к=f{(E⁺)_к}. Оказывается, что при фиксированной мощности пучка электронов на конвертере, их оптимальные энергии (E^-)_оптим » (60ё90) МэВ.

Для подварианта с дополнительным ускорением позитронов удалось, используя измеренные нами зависимости K(E⁺, E^-), развить реалистичную модель динамики дополнительного ускорения позитронов. Рассчитанные по этой модели зависимости: (I⁺)_к=f{(E⁺)_к}; (I⁺)_{к макс}= f{(E⁺)_к макс} (при некой неизменной напряженности СВЧ поля в «доускорителе» e⁺ и при разных её значениях соответственно; (I⁺)_к макс=f{Dj_н}, где начальный сдвиг фазы СВЧ волны в «доускорителе» Dj_н связан с фазовым скольжением позитронов в нем, хорошо согласуются с нашими экспериментальными результатами. Указанная модель позволила выявить эффективный диапазон начальных энергий (E)_н захватываемых в дополнительное ускорение e^? с конвертера, важный для проектирования согласующих и фокусирующих магнитных устройств на части ЛУЭ - «доускорителе» e⁺, и дать рекомендации для оптимальных для «доускорения» позитронов фазовращателей в многосекционных ЛУЭ.

Описаны методические приёмы и результаты получения прецизионных пучков позитронов на ЛУЭ-100. На ЛУЭ-100 с и без дополнительного ускорения позитронов созданы их прецизионные пучки: 1) основные (с максимально достижимыми (I⁺)_к при малых поперечном эмиттансе и разбросе (D(E⁺)_к/(E⁺)_к); 2) калибровочные «одиночные». Доступные выходные параметры пучков позитронов: (E⁺)_к»(6ё70) МэВ; (D(E⁺)_к/(E⁺)_к)»(1ё2)%; (I⁺)_к до ~10⁹ e⁺/с. При этом максимальные полные коэффициенты конверсии (e^-®e⁺) находятся на лучшем достигнутом мировом уровне при близких условиях.

Из проведенных расчетов и экспериментов на ЛУЭ-100, а также из анализа данных из Saclay и Giessen следует: для исследований ГР в атомных ядрах при E⁺Ј~30 МэВ выгоднее получать позитроны без их дополнительного ускорения, используя внешний по отношению к ЛУЭ конвертер (e^-®e⁺).

Полученные на ЛУЭ-100 результаты по генерации позитронов пригодны и для иных импульсных резонансных ускорителей электронов при получении на них прецизионных пучков позитронов с возможным применением при этом освоенных на ЛУЭ-100 методик настройки и мониторирования таких пучков и, в частности, на импульсном разрезном микротроне РАМ-55 ФИАН [5].

Во второй главе рассмотрены свойства и оптимальные условия получения в мишенях с низкими Z фотонов от аннигиляции позитронов на лету с электронами мишени. Проведен анализ свойств сечений образования коллимированных квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету («моно-g»), важный для выбора конкретных вариантов методики использования аннигиляционных фотонов и определения их потоков и спектров. Подчеркнуто: в отличие от случая тормозных фотонов существующая теория позволяет проводить расчеты с высокой точностью, что особенно важно при прецизионных исследованиях структуры ГР в атомных ядрах. Для превалирующей двухфотонной аннигиляции в лабораторной системе вперёд под углами q_a по отношению к направлению движения падающего на мишень позитрона испускаются «жёсткие» аннигиляционные фотоны, энергия которых E_g зависит от q_a и при q_a=0 составляет (E⁺+m/2), где E⁺ и m - полные энергии падающего позитрона и покоящегося электрона соответственно. Полная ширина по E_g распределения сечения образования таких фотонов на половине высоты (FWHM) составляет m/2, что и задаёт масштаб монохроматичности, которую можно без значительной потери достижимой интенсивности ожидать в используемой методике получения «моно-g». Различие угловых распределений образуемых в мишени аннигиляционных и тормозных фотонов позволяет менять соотношение между ними при внеосевом коллимировании в пользу первых (правда с существенным снижением интенсивностей этих фотонов). С другой стороны, использование мечения при регистрации совпадений с «мягким» фотоном от двухфотонной аннигиляции - ещё один путь подавления этого фона (а также и иных фонов, хотя в этом случае имеет место сильная конкуренция со стороны методики мечения тормозных фотонов при совпадениях с испустившими их e^-).

Сообщается о разработанной послойной численно-аналитической методике расчета потоков и спектров квазимонохроматических фотонов от аннигиляции e⁺ на лету. В отличие от случая определения коэффициентов конверсии (e^-®e⁺), где мы предпочли расчётам проведение экспериментальных исследований, для расчётов полных и дифференциальных по E_? коэффициентов конверсии (e⁺® «моно-g») было сочтено, что они могут проводиться гораздо более реалистично, благодаря на порядки меньшим толщинам мишеней T и значительно большим существенным в задаче энергиям участвующих в ней частиц. По этой программе проведен широкий комплекс расчетов потоков и спектров таких «моно-g», показавший хорошее согласие со значительно более трудоёмкими расчётами по методу Монте-Карло и позволивший составить и достаточно полную общую картину, и дать нужные сведения для собственных экспериментов. Созданная программа для таких расчетов пригодна как для случая монохроматического и «игольчатого» пучка позитронов, так и для отклонений от этого случая. При этом показана возможность большой чувствительности формы спектров «моно-g» от разбросов E⁺ и от смещений и разбросов направлений падающих позитронов относительно оси пучка. Без проведения специальных контрольных измерений в проводимых экспериментах с такими «моно-g» это делает сомнительными попытки улучшения их энергетического разрешения с помощью решения соответствующей обратной задачи из-за недостаточной определённости ядра интегрального уравнения в этой задаче.

Описано получение на ЛУЭ-100 квазимонохроматических аннигиляционных фотонов и сообщаются данные о полученных потоках и спектрах таких фотонов. При этом для получения прецизионных пучков квазимонохроматических фотонов от аннигиляции e⁺ на лету были разработаны способы мониторирования пучков этих фотонов (как прямого, так и на основе измерений падающих пучков позитронов). В нашем случае из-за сравнительно низких доступных на ЛУЭ-100 токов падающих на конвертер (e^-®e⁺) электронов и отсюда отсутствия достаточного запаса интенсивности генерируемых позитронов было принято решение работать при осевом коллимировании аннигиляционных фотонов и не использовать методику их мечения.

Полученные на ЛУЭ-100 результаты пригодны и для иных импульсных резонансных ускорителей электронов (в частности, для импульсного разрезного микротрона РАМ-55 ФИАН [5]) при получении на них прецизионных пучков квазимонохроматических аннигиляционных фотонов с возможным применением освоенных на ЛУЭ-100 методик настройки и мониторирования этих пучков.

В третьей главе сообщается о проведении собственных исследований ГР в ядрах в реакциях с квазимонохроматическими аннигиляционными фотонами с использованием методик регистрации продуктов исследуемых реакций, адекватных как типам этих реакций, так и особенностям импульсных ЛУЭ (особенно их временным характеристикам).

Для квазимонохроматических аннигиляционных фотонов описаны проведенные на ЛУЭ-100 измерения сечений «эталонных» реакций ⁶³Cu(g, n) и ²³⁸U(g, F) с использованием низкофоновых и высоко чувствительных и избирательных методов регистрации продуктов реакций.

На ЛУЭ-100 мы измерили сечение реакции ⁶³Cu(g, n)⁶²Cu с помощью полученного пучка «моно-g» и с применением пригодного при высокой скважности ускорителей e^- активационного метода. При этом использовался для измерения b⁺-активности имеющий в принципе большой запас по эффективности двухкристальный gў-спектрометр с регистрацией (gў,gў) - совпадений вылетающих в противоположные стороны «распадных» gў-квантов с энергиями E_gў@0,511 МэВ каждый от аннигиляции e^- вещества и испущенных при распадах ядер-продуктов e после практически полного торможения последних.

В подтверждение высокой способности методики фотоядерных исследований с использованием аннигиляционных «моно-g» в получении достоверных результатов было получено хорошее согласие с иными такого типа данными. Методика подходит для большой группы ядер и может давать информацию о конкуренции каналов распада ГР.

Вторая разработанная нами методика экспериментов для исследований ГР с использованием «моно-» основана на прямой регистрации осколков деления в поликарбонатных плёнках с автоматическим счётом протравленных треков. Методика пригодна для ускорителей электронов с высокой скважностью для изучения деления ядер под действием либо непосредственно позитронов (электронов), либо «моно-g», что позволило для последних на ЛУЭ-100 измерить абсолютное сечение реакции ²³⁸U(g, F), обеспечив независимую проверку известного метода на основе множественности испускаемых нейтронов [8,9]. По сравнению с только что описанной методикой, где толщина физической мишени возможна до ~10 г./см², здесь она Ј~1 мг/см², т.е. на ~4 порядка меньше, так что для приемлемой точности измерений нужна тщательная оптимизация (в частности, использование многослойных мишеней большой площади с обеспечением при этом регистрации осколков с высокой эффективностью). Осколки производят в пленках радиационные повреждения, превращающиеся после протравливания в щелочи в сквозные отверстия диаметром в несколько мкм, которые можно обнаружить и сосчитать с помощью пробоя.

Использовались мишени из естественного U толщиной (1±0,02) мг/см² и Ж100 мм на Al подложке толщиной 0,2 мм. Для облучения слои (до 30 штук) собирались в сэндвич с поликарбонатными пленками. Оптимизировались условия травления и пробоев этих плёнок. Измеренная по спонтанному делению ²³⁸U абсолютная эффективность регистрации осколков деления оказалась @60%.

Сечение фотоделения ²³⁸U было измерено нами при облучениях длительностью 2,5 часа 20 слоев U при E_g@10 МэВ и DE_g@350 кэВ (FWHM) и оказалось (65±12) мбарн, что хорошо согласуется при той же E_g со значениями этого же сечения »55 мбарн и »68 мбарн соответственно из [8] и [9], измеренными также с аннигиляционными «моно-g», но с использованием регистрации нейтронов после их замедления и с учетом анализа множественности этих нейтронов. Была показана применимость такого типа измерений и в случае реакции ²³⁷Np(g, F).

Результаты наших экспериментов для реакций ⁶³Cu(, n) и ²³⁸U(, F) указывают на то, что трудности из-за возможного фона как от конвертера, так и при взаимодействии проводимых по СТФА пучков e и e^- со стенками пучкопровода (особенно на участке «90°»!) оказываются вполне преодолимыми. Они же подтверждают корректность: процедуры вычитания фона от образуемых в аннигиляционной мишени тормозных фотонов; калибровки энергетической шкалы системы; расчетов потоков квазимонохроматических фотонов от аннигиляции e на лету в Be мишени. Анализ показывает, что у таких экспериментов могут быть большие резервы за счет увеличения токов e^- и e, потоков «моно-g» и эффективностей регистрации продуктов реакций.

В четвертой главе рассмотрены прикладные применения пучков электронов, позитронов, тормозных и аннигиляционных фотонов от импульсных резонансных ускорителей электронов, как с использованием реакций в области возбуждения ГР (и несколько выше), так и без непосредственной связи с ГР.

Сообщается о разработанной методике и проведенных по ней исследованиях детекторов частиц - различных черенковских и сцинтилляционных детекторов.

Проведён на пучках «одиночных» позитронов на ЛУЭ-100 цикл измерений функций отклика и эффективностей регистрации черенковских и сцинтилляционных детекторов частиц, в частности, для использованного на искусственных спутниках Земли спектрометра электронов СЭЗ-8МА.

Проведены оценки наработки в фотоядерных реакциях радиоизотопов для исследований, диагностики, терапии в медицине (для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), однофотонной томографии и радиоиммунотерапии).

Условия при проведении указанных оценок полной нарабатываемой к концу облучения активности a: энергия и средний ток падающих на W радиатор электронов соответственно 55 МэВ и 40 мкА; толщина радиатора X_р=0,3 (X_o)_р@1 мм, где (X_o)_р - радиационная длина материала радиатора; c_эфф - коэффициент для определения эффективной толщины радиатора (X_р)_эфф=c_эффЧX_р, чтобы можно было использовать значение (-1) - ого момента сечения s(E_g) используемой для образования нарабатываемого радиоизотопа реакции при насыщении этого момента, а именно значение (s_-1)_насыщ; время облучения t_обл = T_1/2, где T_1/2 - период полураспада нарабатываемого радиоизотопа; мишень с молекулярным весом M и составами химическим h_хим=1 и изотопным h_из=1; выбранная для оценок толщина такой мишени 10 г.Чсм^-2; (E_g)_порог - порог используемой при наработке реакции.

Для оценок были выбраны существенные и яркие примеры наработки тех радиоизотопов, эффективность применения которых в медицине доказана и для которых уже разработаны методики использования. В табл. 2 для всех таких радиоизотопов даны достижимые активности a для случаев IёXII при указанных условиях. Случаи IёVIII относятся к радиоизотопам, используемым для исследований и диагностики, а случаи IXёXI - к используемыми для радиоиммунотерапии. Случай XII связан с наработкой источников, необходимых для калибровки используемых в медицине g-камер. К этому добавлены перспективные радиоизотопы, которые пока широко не применяются.

В Заключении приводятся основные результаты диссертационной работы:

Впервые в нашей стране создана установка для получения прецизионных пучков позитронов и квазимонохроматических аннигиляционных фотонов («моно-g») для исследований гигантских резонансов в ядрах, включающая в себя импульсный линейный ускоритель электронов на бегущей волне ЛУЭ-100, систему транспортировки, формирования и анализа пучков электронов и позитронов со спектрометром позитронов, систему узлов конвертерных (e^-®e⁺) мишеней; узел аннигиляционной (e⁺® «моно-g») мишени с очищающим магнитом, систему мониторирования пучков. Получены коэффициенты конверсии (e^-®e⁺) и (e⁺® «моно-g») на уровне лучших мировых достижений в интересуемой области энергий.

Впервые измерен дифференциальный коэффициент конверсии (e^-®e⁺) для энергий электронов (25ё60) МэВ. Показано, что для получения интенсивного пучка позитронов оптимальная энергия электронов в пучке с фиксированной мощностью составляет (60ё90) МэВ.

Разработана модель динамики позитронов при их дополнительном ускорении в ЛУЭ, результаты которой хорошо согласуются с данными наших экспериментов. Показано, что при энергиях позитронов до ~30 МэВ, практически включающих в себя требуемые для исследований E1 и E2 гигантских резонансов, на ЛУЭ с номинальными энергиями электронов до ~100 МэВ позитроны выгоднее получать без их дополнительного ускорения.

На ЛУЭ-100 получены прецизионные пучки позитронов со средним током до ~10⁹ e⁺/с и энергией (6ё70) МэВ при её разбросе (1ё2)%.

Создана программа расчётов полных и дифференциальных коэффициентов конверсии (e⁺® «моно-g») и показано, что на ЛУЭ-100 для Be аннигиляционной мишени толщиной (1ё2,5) мм и углах коллимирования фотонов (1ё3)ґ10^-2 рад потоки «моно-g» ~(0,1ё2)ґ10⁵ с^-1 при энергии фотонов E_g@16 МэВ и её разбросах ~(350ё550) кэВ.

На пучке «моно-g» на ЛУЭ-100 активационной двухкристальной методикой при энергиях фотонов E_g@(12ё25) МэВ с разрешением ~350 кэВ измерены сечения используемой в качестве эталона при исследованиях гигантских резонансов реакции ⁶³Cu(g, n)⁶²Cu. Применённая методика пригодна для измерений сечений фотонейтронных реакций для большой группы ядер.

Впервые с помощью методики прямой регистрации осколков деления в поликарбонатных плёнках с автоматическим счётом протравленных треков на пучке «моно-g» на ЛУЭ-100 при E_g@10 МэВ и разрешении ~300 кэВ измерено сечение реакции ²³⁸U(g, F). Получена независимая проверка метода измерений сечений фотоделения, основанного на обработке зарегистрированной множественности испускаемых в реакциях нейтронов.

На пучках позитронов на ЛУЭ-100 проведён цикл измерений функций отклика и эффективностей регистрации черенковских и сцинтилляционных детекторов частиц, включая использованный на спутниках Земли спектрометр СЭЗ-8МА.

Показаны большие перспективы наработки в фотоядерных реакциях ряда медицинских радиоизотопов для исследований, диагностики и терапии (включая позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), однофотонную томографию и радиоиммунотерапию).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

Л.З. Джилавян и др. Применение методов планирования эксперимента для выставки фокусирующих катушек инжекторной секции, моделирование электронной пушки ЛУЭ. Материалы конференции МИФИ, М., 1971, с. 23.

Л.З. Джилавян, В.А. Обозный. Оптимальные характеристики ахроматической анализирующей системы типа K.L. Brown'а. Материалы Всесоюзной конференции «Разработка и практическое применение электронных ускорителей», Издательство Томского университета, Томск, 1972, с. 126-127.

Л.З. Джилавян, В.А. Обозный. Некоторые варианты ахроматических поворотно-анализирующих систем. Труды ФИ АН СССР, т. 69, «Наука», М., 1973, с. 120-124.

Л.З. Джилавян, В.А. Обозный, В.Н. Пономарев. Оптимальная настройка ускорителя ЛУЭ-50 по фазам. Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ). Физика высоких энергий и атомного ядра. 5 (7), ХФТИ, Харьков, 1973, с. 45-47.

Л.З. Джилавян, В.А. Обозный, В.Н. Пономарев. Измерение фазовой протяженности электронных сгустков ЛУЭ-50 ИЯИ АН СССР. ВАНТ. Линейные ускорители. 1 (2), ХФТИ, Харьков, 1976, с. 59-60.

23Л.З. Джилавян и др. Предварительные результаты по регистрации пика квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету на ЛУЭ-50. Там же, с. 66-67.

Л.З. Джилавян. Система получения пучков позитронов и квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету на ЛУЭ ИЯИ АН СССР. Препринт ИЯИ АН СССР П-0099, М., 1978.

L.Z. Djilavyan. The quasimonoenergetic annihilation photon facility at the LINAC of the Moscow Institute for nuclear research. Contributions to the International conference on nuclear physics with electromagnetic interactions. Institut fьr Kernphysik, Johannes Gutenberg Universitдt, Mainz, Germany, 1979, 8.4.

Л.З. Джилавян. Мониторирующая аппаратура системы получения позитронов и квазимонохроматических аннигиляционных фотонов на ЛУЭ ИЯИ АН СССР. Материалы XXIX совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. «Наука», Л., 1979, с. 356.

Л.З. Джилавян, А.В. Лелеков. Магнитный спектрометр для измерения дифференциального коэффициента конверсии электронов в позитроны. Краткие сообщения по физике ФИ АН СССР, №8, 1979, с. 43-48.

Л.З. Джилавян, А.В. Лелеков. Измерение дифференциального коэффициента конверсии электронов в позитроны на танталовых мишенях оптимальной толщины для 25 МэВ ? E^? ? 60 МэВ. Там же, с. 37-42.

Л.З. Джилавян, Н.П. Кучер. Измерение сечения реакции ⁶³Cu(?, n) на пучке квазимонохроматических фотонов в области энергий 12-25 МэВ. ЯФ 30 (1979) 294-298.

Л.З. Джилавян, В.Л. Кузнецов, Н.П. Кучер, В.Г. Недорезов и др. Использование методики регистрации осколков деления в тонких пленках для измерения сечений фотоделения ²³⁸U на пучке квазимонохроматических аннигиляционных фотонов. Препринт ИЯИ АН СССР П-0121, М., 1979.

Л.З. Джилавян и др. Исследование характеристик черенковского детектора на пучке «одиночных» ультрарелятивистских позитронов. Препринт ИЯИ

24АН СССР П-0128, М., 1979.

Л.З. Джилавян, Н.П. Кучер, Г.В. Лупенко. Спектрометр релятивистских электронов низких энергий в составе космических лучей и его градуировка на пучке «одиночных» позитронов. Краткие сообщения по физике ФИ АН СССР, №2, 1980, с. 15-21.

Л.З. Джилавян, Н.П. Кучер, Г.В. Лупенко. Спектрометрические характеристики однокристального NaI(Tl) спектрометра полного поглощения при энергиях 10-60 МэВ. Материалы XXX совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. «Наука», Л., 1980, с. 530.

Л.З. Джилавян и др. Потоки и спектры квазимонохроматических фотонов от аннигиляции позитронов на лету. Препринт ИЯИ АН СССР П-0152, М. 1980.

Л.З. Джилавян, А.И. Карев. Динамика позитронного пучка с конвертерной мишени при его доускорении в ЛУЭ на бегущей волне. Труды VII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Изд. отдел ОИЯИ, Дубна, 1981, том I, стр. 209-212.

Л.З. Джилавян, Р.Л. Кондратьев и др. Система формирования пучка для экспериментов по рассеянию электронов на ядрах на Московском разрезном микротроне непрерывного действия. Труды XIV совещания по ускорителям заряженных частиц. ИФВЭ, Протвино, 1994, т. 4, с. 202-206.

Л.З. Джилавян, А.И. Карев, В.Г. Раевский. О возможностях наработки с помощью фотоядерных реакций радиоизотопов для целей ядерной медицины на разрезном микротроне на 55 МэВ. Препринт ИЯИ РАН 1268/2010, М. 2010.

Л.З. Джилавян, А.И. Карев, В.Г. Раевский. Возможности наработки с помощью фотоядерных реакций радиоизотопов для задач ядерной медицины. ЯФ 74 (2011, №12) 1-7.

Размещено на Allbest.ru