Пилипчинець І.В. Фотоподільна диференціація екранованих актинідів 232Th, 235U 238U і 239Pu – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань Е Природничі науки, математика та статистика за спеціальністю E5 Фізика та астрономія, – Інститут електронної фізики НАН України, Ужгород, 2025.
Дисертацію присвячено комплексним симуляційно-експериментальним дослідженням процесу ізотопної диференціації екранованих актинідів 232Th, 235U, 238U і 239Pu по їх затриманим гамма-квантам від продуктів фотоподілу на електронному прискорювачі ІЕФ НАН України – мікротроні М-30.
У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, визначено мету та основні завдання дослідження, окреслено його об’єкт і предмет. Представлено наукову новизну одержаних результатів і визначено їх практичну значущість. Наведено відомості про публікації здобувача за темою дисертації та апробацію основних положень роботи. Подано інформацію про структуру й обсяг дисертації, а також висвітлено особистий внесок автора у проведене дослідження.
У першому розділі проаналізовано методи ізотопної диференціації актинідів (пасивні, активні), зокрема із застосуванням фотонної або нейтронної стимуляції. Проведено аналіз фізичних процесів, які відбуваються при використанні процедури фотоподільної диференціації екранованих актинідів 232Th, 235U, 238U і 239Pu для визначення їх ізотопного складу та способів їх описання теоретичними моделями (Броси, Зельцера-Бергера, Бера-Ламберта), які є основою сучасних ядерних Монте-Карло кодів GEF, GEANT4 і комп’ютерних прогам NIST XCom, Phy-X/PSD. Сформульовано задачі для забезпечення фотоподільної диференціації: вибір оптимальних пар продуктів поділу, визначення енергії фотонів, оптимізація схеми детектування та параметрів опромінення.
У другому розділі наведено результати моделювання процесів фотоподілу за допомогою коду GEF. Розраховано масові розподіли, енергетичні характеристики уламків, періоди напіврозпаду та інші параметри для вибору оптимальних пар продуктів поділу. Встановлено, що пара 89Rb і 138Cs є найбільш придатною для диференціації як екранованих, так і неекранованих зразків. Визначено оптимальну енергію гальмівних фотонів для стимуляції фотоподілу на мікротроні М-30.
У третьому розділі описано результати моделювання та експериментів щодо стимуляції фотоподілу екранованих зразків. За допомогою GEANT4 змодельовано характеристики пучків гальмівного випромінювання, вплив конструкційних елементів схеми активації (Ta-конвертер, B₄C-фільтр, екран зі сталі "12Х18Н10Т"). Детально описані методики проведення експериментальних досліджень по визначенню характеристик складових компонент пучків гальмівного випромінювання та впливу конструкційних елементів оптимальної схеми опромінення зразків екранованих актинідів на їх характеристики. Експериментальні дані підтвердили достовірність розрахунків. Створено власну програму “NPMA Raction Yield” для оцінки виходів фотоядерних реакцій. Показано, що фонові гамма-кванти від активації екрану не заважають диференціації.
У четвертому розділі розглянуто спектрометрію гамма-випромінювання. За допомогою програм Xcom і Phy-X/PSD встановлено оптимальний енергетичний діапазон для реєстрації гамма-квантів 89Rb і 138Cs. Описано експериментальну установку на базі HPGe-детектора та методику розширення діапазону реєстрації до 3000 кеВ. Розроблено напівемпіричну модель енергетичної ефективності та програму “NPMU Detector efficiency”, яку верифіковано на іншому HPGe-детекторі.
У п’ятому розділі детально описано методику визначення часових залежностей затриманого гамма-випромінювання від продуктів поділу актинідів для забезпечення процесу їх ізотопної диференціації. Представлено технічні характеристики зразків екранованих актинідів 232Th, 235U, 238U, 239Pu. У результаті проведеного кількісного спектрального аналізу на базі стилоскопу СЛ-13 визначено відсотковий вміст хімічних складових елементів зразка екрану, виготовленого із нержавіючої сталі “12Х18Н10Т”. Детально описані процеси стимуляції реакції фотоподілу екранованих зразків актинідів на мікротроні М-30 та детектування гамма-квантів від опромінених зразків екранованих актинідів. У результаті проведених експериментальних досліджень встановлені співвідношення часових залежностей інтенсивності гамма-ліній легкого 89Rb і важкого 138Cs продуктів фотоподілу, які можна використовувати для ізотопної диференціації екранованих актинідів 232Th, 235U, 238U, 239Pu.
Ключові слова: актиніди, ізотопна диференціація, джерела електронів, мікротрон, нейтрони, гамма, гальмівне випромінювання, опромінення, спектри, вихід реакцій, фрагменти поділу, поперечні перерізи, спектрометрія, GEANT4, GEF.
