Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

ГЛАВА 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ 
КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ИЗОТОПА УГЛЕРОДА 
13
С 
 
Новые возможности для исследований в области физики ядра 
открывают установки, производящие высокоинтенсивные радиоактивные 
пучки (РИП)
[122 - 125]. Установка проекта 
EURISOL
(EURopean Isotope 
Separation On-Line), введение в эксплуатацию которой планируется в 2015 г., 
предназначена как для расширения изотопного ряда, так и на получение 
намного, на порядок более высоких, по сравнению с существующими, 
интенсивностей радиоактивных пучков. Завершение предварительных 
проектных работ по 
EURISOL
включает в себя реализацию в ближайшее 
время установок второго поколения: 
SPIRAL-II
(
GANIL
, Франция) и 
SPES
(
LNL
, Италия). Обе установки – 
SPES
и 
SPIRAL-II
– обещают получение 
широкого диапазона интенсивных стабильных и радиоактивных пучков. В 
них используется двухступенчатая схема получения РИП. Первичный пучок 
(протоны в SPES и дейтроны в SPIRAL-2) с энергией до 50-100 МэВ и 
средней мощностью до 200 кВт направляется в конвертор нейтронный 
конвертор, где производит интенсивный (до 3·10
14
см
-2 
сек
-1
) поток быстрых 
нейтронов. Произведенный поток нейтронов попадает на горячую толстую 
мишень деления, изготовленную из соединений 
238
U. Продукты деления 
диффундируют из мишени при высокой температуре, ионизируются и, после 
разделения по массам, направляются в экспериментальную зону. 
Вариант конвертора с мишенью, изготовленной из углерод-углеродного 
композита с повышенным содержанием изотопа 
13
С разрабатывался для
протонного первичного пучка, поскольку для изотопа 
13
С порог ядерной 
реакции с выходом нейтронов 
13
C(p, n)
14
N составляет величину 3,24 МэВ, в 
то время как порог реакции 
12
C(p, n)
13
N для углерода существенно выше и 
равен 20,1 МэВ [126, стр.895]. Соответственно, при энергиях протонного 
пучка меньших 20 МэВ выход нейтронов из мишени, изготовленной из 

---

126 
чистого изотопа 
13
С, может быть заметно выше. При более высоких энергиях 
разница не столь заметна [127], тем не менее, такая охлаждаемая излучением 
мишень может позволить получить в 3-10 раз больший выход нейтронов, чем 
мишень на основе натурального углерода 
12
C [127]. Дополнительным 
аргументом в пользу такой мишени является то, что применение дейтронного 
пучка, равно как и увеличение его энергии, приводит к существенному 
усложнению и удорожанию всего проекта 
EURISOL
.
Кроме того, углеродный композит на основе изотопа 
13
С
находит своё 
применение в резонансной гамма-спектрометрии [128, 129]. Этот метод 
основан на том, что ядра многих химических элементов обладают свойством 
резонансного поглощения излучения. В частности, таким свойством 
обладают ядра атомов азота, которые способны резонансно поглощать -
кванты с энергией 9,1724 МэВ, причём ширина пика поглощения составляет 
всего 125эВ. Метод обнаружения азотосодержащих веществ основан на 
сравнении величин резонансного и нерезонансного поглощения при 
прохождении излучения через вещество. Для генерации -квантов с 
резонансной энергией используется обратная поглощению ядерная реакция 
13
С (p, ) 
14
N, когда ускоренным до 1,75 МэВ пучком протонов 
бомбардируется графитовая мишень, обогащенная изотопом углерода 
13
С, 
при этом образуются возбуждённые ядра 
14
N, излучающие -кванты с 
энергией 9,17 МэВ. В данном случае необходимой для задач спектрометрии 
резонансной энергией обладают -кванты, угол вылета которых составляет 
80,7 0,1
0
к оси пучка протонов [129]. 
В данной главе обобщены результаты исследований электронной 
структуры и свойств углерод-углеродного композита на основе изотопа 
углерода