O Oddělení jaderných reakcí

Základní výzkum ve směru nukleární astrofyziky a exotických jader

Program jaderné astrofyziky začal koncem 90. let 20. století, kdy byla zároveň navázána spolupráce s Texas A&M University a INFN LNS Catania. Program je založen na nepřímých technikách a jeho cílem je studium jaderných reakcí s astrofyzikálním významem od hvězdného hoření v cyklu CNO po jaderné reakce v hvězdách AGB a otázky nukleosyntézy při Velkém třesku. Experimenty jsou částečně prováděny na cyklotronu U120M, umístěném v areálu ÚJF AV ČR v Řeži. Využívány jsou dvě existující nepřímé metody: metoda asymptotických koeficientů (ANC) a metoda trojského koně (THM). Tyto metody umožňují odvodit astrofyzikální S-faktor nebo sondovat energetickou závislost astrofyzikálního S-faktoru a určit vlastnosti nízko položených rezonancí v Gamowově oblasti, včetně prahové a podprahové oblastí.

Dlouhodobě spolupracujeme s francouzskou laboratoří GANIL v Caen a IPN Orsay v Paříži. Experimentální činnost se týká exotických jader, otázek jejich existence a chování jaderné hmoty v extrémních izospinových podmínkách. Studujeme fenomény, jako je jaderné halo, narušení platnosti tzv. magických čísel, náhle se objevující deformace a koexistence tvarů v jádrech. V poslední době jsme se ve spolupráci s GANILem zaměřovali na otázky jaderné astrofyziky a vlastnosti radioaktivních excitovaných jader, které přinášejí informace o mechanismech explozivního hoření, například při výbuchu novy.

Od roku 2016 jsme uspěli s projektem výzkumné infrastruktuy SPIRAL2-CZ, která se dostala do národní mapy výzkumných infrastruktur a je českou účastí na velké výzkumné evropské infrastruktuře GANIL/SPIRAL2. SPIRAL2 je významným rozšířením stávající laboratoře GANIL a je na mapě velkých evropských infrastruktur ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures). V rámci SPIRAL2-CZ se ve Francii podílíme na budování laboratoře SPIRAL2/NFS (Neutrons for Science) a stavíme originální ozařovací komoru pro experimenty s nabitými částicemi. Spolupracujeme na vývoji terče pro radioizotopy ve zdravotnictví pro SPIRAL2 a budeme vyvíjet produční terč pro radioaktivní svazky ROBOT (Řež Other Beams Other Targets).

Základní a aplikovaný výzkum s generátory rychlých neutronů a aktivace s nabitými částicemi

OJR provozuje dva generátory rychlých neutronů. Generátory jsou založeny na reakcích  urychlených protonů (cyklotron U-120M, nastavitelná energie v rozmezí 17-35 MeV) s terči z materiálů Li a Be za vzniku neutronů. Při reakci protonů s tenkým Li terčem se vytváří kvazi-monoenergetické spektrum s maximálním neutronovým tokem 10⁹ n/cm²/s v monoenergetickém píku. Spojité neutronové spektrum je vytvářeno reakcí protonů a tlustým Be terčem. Maximální dosažitelný neutronový tok v nejbližší pozici je 10¹¹ n/cm²/s. V roce 2019 bude spuštěn nový neutronový generátor se spojitým spektrem neutronů do energie 23 MeV a s maximálním neutronovým tokem 10¹² n/cm²/s.

Oddělení se dlouhodobě věnuje výzkumu jaderných reakcí, způsobených neutrony s energií do 34 MeV. Hlavní činností je měření účinných průřezů pomocí aktivace v definovaném neutronovém poli a následné měření gamma spekter produkovaných izotopů (rychlý transport vzorku je zajištěn potrubní poštou). Detailně zkoumáme produkovaná neutronová spektra z reakcí p+Li a p+Be pomocí metod aktivační analýzy, metody doby letu (Time-Of-Flight) a Proton Recoil teleskopu. V rámci infrastruktury CANAM oddělení zprovoznilo možnost pomocí kolimovaného neutronového svazku měřit energii a typ nabitých částic z reakcí (n, nabitá částice), online měření reakcí (n,* gamma) s polem HPGe detektoru (účinné průřezy izotopu s dobou života v řádu ms, promptní gamma záření) a další experimenty. Zájem oddělení se vztahuje také na měření zpožděných neutronů ze štěpného materiálu při vyšších energiích neutronů. Intenzivní neutronová pole z generátoru p+Be jsou používána k testování elektroniky a měření poškození materiálu.

Studium účinných průřezů pro nabité částice přináší důležitou informaci o zbytkové radiaci pro budoucí neutronová zařízení (včetně jaderných elektráren), postavená na urychlovačích. Zkoumané materiály jsou ozářeny po dobu několika minut přesně definovaným svazkem urychlených protonů (do 35 MeV) nebo deuteronů (do 20 MeV) a následně zkoumány gamma spektrometrem. Ve spolupráci s teoretiky z IFIN-HH (Magurele, Rumunsko) vyvíjíme i teoretický popis k naměřeným experimentálním datům. V rámci projektu SPIRAL2-CZ se pak ve laboratoři GANIL (Caen, Francie) podílíme na budování laboratoře SPIRAL2/NFS (Neutrons for Science) a stavíme originální ozařovací komoru pro experimenty s nabitými částicemi.