Search academic texts

Registration Number

0824U000064, PhD dissertation

Title

Alpha decay of 212Po and search for super-heavy element seaborgium

Author

Nazar V. Sokur,

popup.head Volodymyr I. Tretyak
popup.opponent Igor M. Kadenko
popup.opponent Maslyuk Volodymyr T.
popup.review Volodymyr I. Kyryshchuk
popup.review Volodymyr V. Uleshchenko

Status

Доктор філософії, 104, Фізика та астрономія

Date

05-03-2024

Description

Дисертаційну роботу присвячено вивченню альфа-розпаду 212Po, пошуку надважкого елементу сиборгію та вивченню альфа-фону в дослідженні AMoRE. Ядро 212Po є дочірнім елементом 232Th. Період напіврозпаду 212Po є найменшим серед відомих природних радіоактивних ядер і, на час початку роботи, його рекомендоване значення складало T1/2 = 299 ± 2 нс. Дослідження з вимірювання періоду напіврозпаду 212Po змінювалися від використання газових лічильників у перших дослідженнях до використання сцинтиляційних та напівпровідникових детекторів, а в останніх дослідженнях — рідких сцинтиляторів. Детектором у даному дослідженні слугував насичений торієм рідкий сцинтилятор (PC:Th). Основою сцинтилятору був 20-ти відсотковий розчин триоктилфосфін оксиду (англ.: trioctylphosphine oxide, TOPO) в толуолі. Визначення T1/2 ядра 212Po було проведено шляхом аналізу так званих BiPo-подій. BiPo-подією звуть послідовний виліт β частинки від розпаду нукліду Bi та наступної α частинки від відповідного нукліду Po. В даному випадку йдеться про BiPo-події з нуклідами 212Bi та 212Po. Було виміряно активність торію в сцинтиляторі та його дочірніх нуклідів. З аналізу спектру було визначено, що активність 232Th та 228Th становила 4,61(2) Бк/мл та 3,82(7) Бк/мл відповідно. Активність 228Ra мусить бути досить низькою завдяки хімічній підготовці кінцевої торієвмісної сполуки (Th-3TOPO)(NO3)4, яка мала вилучити радій. Активність 220Rn та його дочірніх елементів склала 92(2) % активности 228Th. Причина цього полягає у виході радону зі сцинтилятору. Загальну α-активність оцінено на рівні 20,7(10) Бк/мл (станом на 8 липня 2016 року). Із отриманих активностей торію визначено, що його концентрація у сцинтиляторі складала 0,113(1) мас.%. Аналіз форм сигналів та визначення періоду напіврозпаду 212Po було проведено з використанням 12 мл РС:Th в кварцевій посудини, під’єднаної до швидкого ФЕП з високими часовими характеристиками, що критично важливо в роботі зі швидкими ланцюжками подій. Вимірювання становили 216,67 год. Із подій, визначених як BiPo, було побудовано енергетичний спектр перших подій (бета-спектр 212Bi) та спектр других подій (альфа-спектр 212Po). Енергетичне калібрування проведено порівнянням виміряного бета-спектру із Монте Карло модельованим бета-спектром з використанням програми Geant4 та генератора подій Decay0. Повна ширина на половині висоти альфа-піку Eα = 8785 кеВ складає 15,5%. Було проаналізовано форму обох сигналів, що мають дещо різні часові властивості. Залежність середнього часу сигналу від енергії використано для відсіювання BiPo-подій від можливих фонових подій або подій нетипової форми (наприклад, випадково накладених подій). Період напіврозпаду 212Po оцінено як T1/2 = 295,10(4) нс, що є найточнішим серед усіх вимірювань цього процесу. Результат узгоджується із нинішнім табличним значенням 294,3(8) нс. Наведено результати дослідження з пошуку природного надважкого елементу сиборгію. Вимірювання проводили на низькофоновій установці DAMA/R&D в лабораторії Гран Сассо з двома сцинтиляційними кристалами вольфрамату кадмію 116CdWO4. Низький фон забезпечено пасивним захистом з надчистої міді, низькофонового свинцю, кадмію та парафіну. Всю установку поміщено в плексигласовий ящик, що продувався надчистим азотом. Аналіз проводили з даними за 35324 годин вимірювань, які почалися 2011 року. Таким чином, загальний час експозиції в обох кристалах разом склав 36050 кг * год. Форми сигналів оброблено методом оптимального фільтру, з якого отримали гарне розділення сигналів від α частинок та сигналів від β (γ) частинок — 96% подій розділяється за формою. За часом наростання відсіяно сигнали, які є або швидкими ланцюжками 212BiPo, або які мають енерговиділення у рідкому сцинтиляторі. Побудований після відбору енергетичний спектр було описано моделями, що містять α піки від внутрішніх забрудників, 232Th, 238U, 235U, та їх дочірніх продуктів, а також було виявлено присутність 241Am і 244Cm, що початково помилково вважали за аномально великий вміст 210Po. Загальну α активність в кристалах визначено як 1,8 мБк/кг та 2,7 мБк/кг відповідно. Присутність природного сиборгію визначали спираючись на теорію про випромінення його дочірнім ядром високоенергетичної альфа частинки, Eα > 8,9 МеВ; період напіврозпаду сиборгію відповідно до цієї моделі скаладає 10^9 р. Кількість подій-кандидатів в області 8,9-14,0 МеВ склала 511 подій. Водночас кількість 212BiPo-подій, яка може бути присутньою в області Eγ > 2,7 МеВ (в гамма-шкалі) оцінено як 539 подій. Це число було визначено з моделювання 212BiPo-подій відповідно до параметрів детекторної установки, таких як шуми базової лінії, енергетична роздільна здатність, форма сигналів з можливими флуктуаціями переднього фронту тощо. Проаналізувавши всю ділянку 8,9-14,0 МеВ, за методом Фельдмана-Коузінса визначено найкраще верхнє обмеження кількости шуканих α розпадів, яке становить limS = 24,1 (90 % довірча ймовірність) . Таким чином, отримане верхнє обмеження на поширеність атомів сиборгію відносно атомів вольфраму склада