Dynamic-statistical description of capture cross-section - initial stage of the fusion of heavy nuclei reaction

To describe the capture cross-section (σc) and the initial stage of the formation of super-heavy elements dynamic- statistical model was proposed, it considers the nuclei interaction from contact time until the formation of the dinuclear system.Were made analysis of the nucleus-nucleus potential and shown that there exists a limitation of the angular momentum contributing to the capture cross-section, which is determined by the disappearance of a potential pocket. Dynamic examination allowed to reveal the main contribution of angular momentum in the capture cross- section. Were made analysis of the capture cross sections and dynamic characteristics of the reactions A²Fe + ²⁴⁴Pu and A²Ni + ²³⁸U from the beam kinetic energy.Для опису перетину захоплення (σc), початкової стадії реакції утворення надважких елементів, запропонована динаміко-статистична модель, яка розглядає захоплення ядер з моменту дотику до моменту утворення подвійної ядерної системи. Проведено аналіз ядро-ядерного потенціалу і показано, що існує обмеження кутового моменту, який робить внесок у перетин захоплення, який визначається зникненням потенціального кармана. Динамічний розгляд дозволив виявити основний внесок кутового моменту в перетин захоплення. Проведено розрахунки, аналіз перетину захоплення і динамічних характеристик реакцій A²Fe + ²⁴⁴Pu і A²Ni + ²³⁸U. Отримано залежності σc від кінетичної енергії пучка.Для описания сечения захвата (σc) начальной стадии реакции образования сверхтяжелых элементов, предложена динамико-статистическая модель, рассматривающая взаимодействие ядер с момента касания до момента образования двойной ядерной системы. Проведен анализ ядро-ядерного потенциала и показано, что существует ограничение углового момента, вносящего вклад в сечение захвата, которое определяется исчезновением потенциального кармана. Динамическое рассмотрение позволило выявить основной вклад углового момента в сечение захвата. Проведены расчеты, анализ сечения захвата и динамических характеристик реакций A²Fe + ²⁴⁴Pu и A²Ni + ²³⁸U . Получены зависимости σc от кинетической энергии пучка

Dynamics of heavy nuclei fusion within concept of dinuclear system

Main aspects of dynamic model and methods for calculation of dinuclear system evolution for description of heavy nuclei fusion are presented. Analysis of nuclear-nuclear potentials during fusion U²³⁵ + n;U²³⁸ + n; Pu²³⁹ + n end Pu²⁴¹ + n are presented within the frames of concept of dinuclear system. For description of fusion dynamics ”proximity” potential was chosen as the most realistic. Initial conditions of DNS formation were determined, the most probable combination Z₁ end Z₂ with fixed A₁ +A₂ and probabilities for formation of all probable pairs Z₁ + Z₂ for all combinations over A₀, and potential energy, Coulomb energy and latent bond are also calculated.Запропонована динамічна модель для опису ділення важких ядер, заснована на концепції подвійної ядерної системи (ПЯС). З аналізів ядерних потенціалів (ОПСВ, folding-1, folding-2 і proximity), вибраний proximity потенціал, який найреалістичніше описує потенційну енергію системи при діленні ядер, при низьких енергіях збудження. Для реакцій U²³⁵ + n;U²³⁸ + n; Pu²³⁹ + n і Pu²⁴¹ + n знайдено вираз апроксимації для критичної відстані у момент утворення ПЯС. Визначені початкові умови утворення ПЯС, найбільш вірогідна комбінація Z₁ і Z₂ при фіксованих значеннях A₁ і A₂ і вірогідність появи для всіляких пар Z₁ + Z₂ для всіх комбінацій по A₀ (масове число складеного ядра) а так само обчислені потенційна, кулонівська і прихована енергії зв'язку.Предложена динамическая модель для описания деления тяжелых ядер, основанная на концепции двойной ядерной системы (ДЯС). Из анализов ядерных потенциалов (ОПСВ, folding-1, folding-2 и proximity), выбран proximity потенциал, который наиболее реалистически описывает потенциальную энергию системы при делении ядер, при низких энергиях возбуждения. Для реакций U²³⁵ + n;U²³⁸ + n; Pu²³⁹ + n и Pu²⁴¹ + n найдено аппроксимационное выражение для критического расстояния в момент образования ДЯС. Определены начальные условия образования ДЯС, наиболее вероятная комбинация Z₁ и Z₂ при фиксированных значениях A₁ и A₂ и вероятность образования для всевозможных пар Z₁ + Z₂ для всех комбинаций по A₀ (массовое число составного ядра) а также вычислены потенциальная, кулоновская и скрытая энергии связи

Influence of interacting heavy nuclei mass asymmetry on capture cross-section in fusion reactions

The effect of beam and target isotope configuration on the capture cross-section is considered using dynamic-statistical description of the first stage of heavy nuclei fusion reactions. It demonstrates that the isotopic configuration of heavy nucleus renders insignificant effect on the capture cross-section. Cross-section decreases by decreasing mass asymmetry due to the change of light nuclei isotope configuration. The capture cross-section increases by increasing charge asymmetry for constant number of nucleons in the compound nucleus. For odd-odd interacting nuclei capture cross-section is from 1.5 to 6 times greater than for even-even nuclei in the same value of protons and neutrons in the compound nucleus.Використовуючи динамiко-статистичний опис першої стадiї реакцiї злиття важких ядер, розглядається вплив iзотопної конфiгурацiї пучка та мiшенi на перерiз захоплення. Показано, що iзотопна конфiгурацiя важкого ядра незначно впливає на перерiз захоплення. При зменшеннi масової асиметрiї зарахунок змiни iзотопної конфiгурацiї легкого ядра перерiз зменшуєтьсяi призбiльшеннi зарядової асиметрiї, для постiйної кiлькостi нуклонiв в складеному ядрi, перерiз захоплення збiльшується. Для непарно-непарних взаємодiючих ядер перерiз захоплення в 1,5...6 разiв бiльше, нiж для парно-парних ядер при одному i тому ж значеннi протонiв та нейтронiв в складеному ядрi.Используя динамико-статистическое описание первой стадии реакции слияния тяжелых ядер, рассматривается влияние изотопной конфигурации пучка и мишени на сечение захвата. Показано, что изотопная конфигурация тяжелого ядра незначительно влияет на сечение захвата. При уменьшении массовой асимметрии за счет изменения изотопной конфигурации легкого ядра сечение уменьшается и при увеличении зарядовой асимметрии, для постоянного количества нуклонов в составном ядре, сечение захвата увеличивается. Для нечетно-нечетных взаимодействующих ядер сечение захвата в 1,5...6 раз больше, чем для четно-четных ядер при одном и том же значении протонов и нейтронов в составном ядре

Experimental complex for investigation of construction materials on the helium ions linear accelerator

The paper describes the experimental complex for the helium ions linear accelerator consisting of an irradiation chamber, sensors, analog signal converters (ADC) and a computer with a program for processing experimental data and then outputting it to a display. The complex is intended for carrying out experimental works on the study of the physical properties of structural materials used in nuclear power plants and nuclear fusion reactors. The complex was tested under the irradiation of titanium dioxide (TiO₂) with helium ions energies of 0.12 and 4 MeV. The experimental data of the TiO₂ electrophysical characteristics are presented, which confirm the expediency of using the complex to study the properties of materials used in high-power radiation fields.Наведено опис експериментального комплексу лінійного прискорювача іонів гелію, що складається з камери опромінення, датчиків, конвертерів сигналів (АЦП) і ЕОМ з програмою обробки експериментальних даних з подальшим відображенням їх на дисплеї. Комплекс призначений для проведення експериментальних робіт з вивчення фізичних властивостей конструкційних матеріалів, що застосовуються на АЕС і ТЯР. Проведено тестування комплексу при опроміненні двоокису титану (TiO₂) іонами гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ. Наведено експериментальні дані електрофізичних характеристик TiO₂, що підтверджують доцільність використання комплексу для вивчення властивостей матеріалів, що застосовуються в умовах потужних радіаційних полів.Приведено описание экспериментального комплекса линейного ускорителя ионов гелия, который состоит из камеры облучения, датчиков, конвертеров сигналов (АЦП) и ЭВМ с программой обработки экспериментальных данных с последующим отображением их на дисплее. Комплекс предназначен для проведения экспериментальных работ по изучению физических свойств конструкционных материалов, применяемых на АЭС и ТЯР. Проведено тестирование комплекса при облучении двуокиси титана (TiO₂) ионами гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ. Приведены экспериментальные данные электрофизических характеристик TiO₂, подтверждающие целесообразность использования комплекса для изучения свойств материалов, применяемых в условиях мощных радиационных полей

Coupling of parts accelerating structures RFQ and DTL in one resonator prestripping section the heavy ion linear accelerator MILAC

New pre-stripping section (PSS-20) consists of two parts with diverse accelerating structures. On an initial part of acceleration of ions from 6 up to 150 keV/nucl. high capture in process of acceleration of the injected ions is provided interdigital (IH) accelerating structure with Radio-Frequency Quadrupole (RFQ) focusing. On the second part of acceleration of ions from 150 keV/nucl. up to 1 MeV/nucl. the highest rate of acceleration is created interdigital (IH) accelerating structure DTL. The problem of diverse accelerating structures combination in one resonator is set.Новая предобдирочная секция ПОС-20 состоит из двух участков с разнородными ускоряющими структурами. На начальном участке ускорения ионов от 6 до 150 кэВ/нукл. высокий захват в процесс ускорения обеспечивает встречно-штыревая ускоряющая структура с RFQ. На втором участке ускорения ионов от 150 кэВ/нукл. до 1 МэВ/нукл. высокий темп ускорения создаёт встречно-штыревая ускоряющая структура DTL. Поставлена задача совмещения таких разнородных ускоряющих структур в одном резонаторе.Нова передобдиркова секція ПОС-20 складається із двох ділянок з різнорідними прискорюючими струк-турами. На початковій ділянці прискорення іонів від 6 до 150 кеВ/нукл. високе захоплення в процес прискорення забезпечує зустрічно-штирьова прискорююча структура з RFQ. На другій ділянці прискорення іонів від 150 кеВ/нукл. до 1 МеВ/нукл. високий темп прискорення створює зустрічно-штирьова прискорююча структура DTL. Поставлено завдання суміщення таких різнорідних прискорюючих структур в одному резонаторі

Tribological characteristics of 'steel-ceramics-irradiated-by-helium-ions' pair

Facility for the tribological characteristics studying of a metal – ceramics pair and parameters of ceramic samples irradiation on the helium ions linear accelerator with energies 0.12 and 4 MeV are resulted. Profiles of damageability and occurrence of target atoms along of helium ions range are calculated for the irradiated TiO₂ and Al₂O₃. Sputtering ratios and dependence of the sputtered atoms quantity on samples thickness are received. Calculations on density change of the irradiated samples are made. Experimental results of a sliding friction factor measurement depending on cycle’s quantity, temperature and irradiation doses are presented. On the basis of microscopic researches and calculation data conclusions are drawn about irradiation influence on interacting pair’s tribological characteristics.Наведено установку для вивчення трибологічних характеристик пари метал – кераміка та параметри опромінення керамічних зразків на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ. Для опромінених TiO₂ й Al₂O₃ розраховано профілі пошкоджуваності та залягання атомів мішені вздовж пробігу іонів гелію. Отримано коефіцієнти розпилення й залежності кількості розпилених атомів по товщині зразків. Зроблено розрахунки щодо змінення щільності опромінених зразків. Подано експериментальні результати вимірювання коефіцієнта тертя ковзання залежно від кількості циклів, температури й дози опромінення. На основі мікроскопічних досліджень і розрахункових даних зроблено висновки щодо впливу опромінення на трибологічні характеристики пар, що взаємодіють.Приведены установка для изучения трибологических характеристик пары металл – керамика и параметры облучения керамических образцов на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ. Для облученных TiO₂ и Al₂O₃ рассчитаны профили повреждаемости и залегания атомов мишени вдоль пробега ионов гелия. Получены коэффициенты распыления и зависимости количества распыленных атомов по толщине образцов. Произведены расчеты по изменению плотности облученных образцов. Представлены экспериментальные результаты измерения коэффициента трения скольжения в зависимости от количества циклов, температуры и дозы облучения. На основе микроскопических исследований и расчетных данных сделаны выводы о влиянии облучения на трибологические характеристики взаимодействующих пар

Facility and researches results of the frictional characteristics of metal – irradiated - ceramics pair

The technique and facility for studying of frictional characteristics of metal – ceramics pair are presented. Parameters of samples irradiation on the helium ions linear accelerator with 0.12 and 4 MeV energies are resulted. Samples from TiO₂ and Al₂O₃ at 0.12 MeV beam energy are irradiated. Damageability and occurrence profiles of target atoms along of helium ions range as sputtering ratios are calculated for the irradiated materials. Dependences of the sputtered atoms quantity on samples depth are resulted. Using this data, calculations on change of samples “superficial” density along of ions range are made. Experimental results of a sliding friction factor measurement depending on cycle’s quantity, temperature and irradiation dose are presented. On the basis of microscopic researches conclusions on influence of an irradiation on frictional characteristics of a metal – ceramics pair are drawn.Представлено методику та установку для вивчення фрикційних характеристик пари метал – кераміка. Наведено параметри опромінення зразків на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ та опромінені зразки з TiO₂ і Al₂O₃ при енергії пучка 0,12 МеВ. Для опромінених матеріалів розраховано профілі пошкоджуваності й залягання атомів мішені вздовж пробігу іонів гелію, a також коефіцієнти розпилення. Наведено залежності кількості розпилених атомів від глибини зразків. Використовуючи ці дані, зроблено розрахунки щодо змінення «поверхневої» щільності зразків уздовж пробігу іонів. Представлено експериментальні результати вимірювання коефіцієнта тертя ковзання залежно від кількості циклів, температури й дози опромінення. На основі мікроскопічних досліджень зроблено висновки щодо впливу опромінення на фрикційні характеристики пари метал – кераміка.Представлены методика и установка для изучения фрикционных характеристик пары металл – керамика. Приведены параметры облучения образцов на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ и облучены образцы из TiO₂ и Al₂O₃ при энергии пучка 0,12 МэВ. Для облученных материалов рассчитаны профили повреждаемости и залегания атомов мишени вдоль пробега ионов гелия, a также коэффициенты распыления. Приведены зависимости количества распыленных атомов от глубины образцов. Используя эти данные, произведены расчеты по изменению «поверхностной» плотности образцов вдоль пробега ионов. Представлены экспериментальные результаты измерения коэффициента трения скольжения в зависимости от количества циклов, температуры и дозы облучения. На основе микроскопических исследований сделаны выводы о влиянии облучения на фрикционные характеристики пары металл – керамика

Changes of the radiation characteristics of surface of tungsten as a result of influence of helium ion beams

The change in the radiation characteristics of the surface of tungsten was studied. Helium ions beams with energies of 0.12 and 4 MeV were used. Curves of ionization and damage are got on length of free run of ions of helium. The change the radiation characteristics of the surface of tungsten was studied. In the case of treatment with a beam of helium ions with energies of 0.12 MeV an increase in the hardness of the tungsten surface was found. Bubbles development has been studied. The appearance of tungsten tendrils around the bubbles, the formation of hills and valleys was considered.Досліджувалася зміна радіаційних характеристик поверхні вольфраму. Застосовувалися пучки іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 MеВ. Отримані криві іонізації і пошкоджень по довжині вільного пробігу іонів гелію. Знайдено збільшення твердості поверхні вольфрамової мішені в разі обробки пучком іонів гелію з енергією 0,12 MеВ. Вивчався розвиток бульбашок. Розглядалися поява вольфрамових вусиків, утворення горбів і долин.Исследовалось изменение радиационных характеристик поверхности вольфрама. Применялись пучки ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 MэВ. Получены кривые ионизации и повреждений по длине свободного пробега ионов гелия. Найдено увеличение твердости поверхности вольфрамовой мишени в случае обработки пучком ионов гелия с энергией 0,12 MэВ. Изучалось развитие пузырьков. Рассматривались появление вольфрамовых усиков, образование холмов и долин

Influence of helium ions beams with energies 0.12 MeV on sputtering process on surface of tungsten

The samples of tungsten with a purity of 99.5 and 99.7% were irradiated with helium ion beams (EHe⁺ = 0.12 MeV). The total sputtering coefficients for the sample depth up to 60 Å from the surface of sample were obtained. It was found that on the surface of tungsten, the number of pits (the flecking effect) significantly exceeds the number of bubbles (the blistering effect). The damage profiles of the surface of tungsten as a result of irradiation with helium ions are calculated. The areas of maximal display of effects of damage are determined.Проведено опромінення зразків вольфраму з чистотою 99,5 і 99,7% пучками іонів гелію (EHe⁺ = 0,12 МeВ). Отримано сумарні коефіцієнти розпилення за глибиною зразка до 60 Å від поверхні зразка. Знайдено, що на поверхні зразків вольфраму кількість ямок (ефект флекінгу) істотно перевищує кількість бульбашок (ефект блістерингу). Пораховані профілі пошкодження поверхні вольфраму в результаті опромінення іонами гелію. Визначено зони максимального прояву руйнівних ефектів

Constructional materials experimental researches on the helium ions linear accelerator

The basic parameters of an irradiation and their registration system for constructional materials irradiated on the helium ions linear accelerator are resulted. Experimental techniques and some researches results of the microscopic, electrophysical, frictional and ultrasonic characteristics of atomic power stations (APS) and fusion reactors (FR) constructional materials irradiated on a linear accelerator of the helium ions with energies 0.12 and 4 MeV are presented.Наведені основні параметри опромінення конструкційних матеріалів, що опромінюються на лінійному прискорювачі іонів гелію, та система реєстрації цих параметрів. Подано експериментальні методики й деякі результати досліджень мікроскопічних, електрофізичних, фрикційних і ультразвукових характеристик конструкційних матеріалів атомних електричних станцій і термоядерних реакторів, що опромінюються на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ.Приведены основные параметры облучения конструкционных материалов, облучаемых на линейном ускорителе ионов гелия, и система регистрации этих параметров. Представлены экспериментальные методики и некоторые результаты исследований микроскопических, электрофизических, фрикционных и ультразвуковых характеристик конструкционных материалов атомных электрических станций и термоядерных реакторов, которые облучаются на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ