Development of multicharged ion identification technique using phosphate glass detectors

23.11.2022 – FLNR Scientific Seminar, 15-30, FlerovLab Conference Hall

1. Speaker: Zh.T.Sadykov, PIAS

“Development of multicharged ion identification technique using phosphate glass detectors”

The possibility to use phosphate glass as ion detector is of great interest for SHE synthesis experiments.

Registration and identification of heavy nuclei ions in phosphate glass is based on the analysis of geometrical parameters of tracks appeared after etching of irradiated glass in a special solution. The shape and size of those tracks depend both on the ion parameters (charge, energy, pitch angle) and on the etching conditions (etching solution formulation and concentration, etching time). Phosphate glass is a kind of a solid-state track detector in which highly electrically charged particles destroy the solid local structure on its way. This local destruction may be intensified by the subsequent selective etching which makes it possible to visualize the trace. Damaged parts react with the etchant more intensively than the undamaged ones. This reaction results in formation of the typical etching cones. Radiation damage to the material as well as the specific energy loss of charged particles is proportional to square of their charge and depends on the particle speed as well.

The first results of the study of recoding properties of KNFS-3 phosphate glass are presented in the report. The research results made it possible to propose an ion identification algorithm for the ion (of about 1.1 MeV/nucleon energy) being slowed down in phosphate glass based on the specified relationship between charge and the rate of crater dimension changes in the selective etching phase. Phosphate glass recoding characteristics are studied at various temperatures. Because to use phosphate glass successfully as a track detector in thermochromatographic column in experiments studying SHE chemical properties it’s important for phosphate glass to keep registering nuclei tracks in a wide temperature range.

Calibration experiments were carried out to find the dependence of etched track parameters on temperature and duration of sample heating as well as on the momentum of its heating related to irradiation and etching. To identify ion charges efficiently the stability of reproducing the optimal conditions of chemical etching was strictly observed in treatment of irradiated glasses. The results of the study allow to conclude that phosphate glass can be effectively used for registration and identification of superheavy nuclei synthesized at FLNR SHE Factory.

Ж.Т.Садыков (ФИАН)

“Разработка методики идентификации многозарядных ионов с помощью детекторов на основе фосфатного стекла”

Большой интерес для экспериментов на ускорителях по синтезу новых сверхтяжелых ядер представляет возможность использования в качестве детекторов ионов фосфатных стекол.

Принцип регистрации и идентификации ионов тяжелых ядер в фосфатных стеклах основан на анализе геометрических параметров треков, проявившихся в результате травления облученных стекол в специальном растворе. Форма и размер образовавшихся треков зависят как от параметров ионов (заряда, энергии, угла падения), так и от условий травления (состава и концентрации травящего вещества, времени травления). Фосфатное стекло представляет собой тип твердотельного трекового детектора, действие которого основано на том, что частицы, имеющие большой электрический заряд, разрушают локальную структуру твердого тела вдоль своей траектории. Это локальное разрушение можно интенсифицировать последующим селективным травлением, благодаря чему след удается визуализировать. Поврежденные части материала реагируют с травящим агентом более интенсивно, чем неповрежденные. В результате этой реакции образуются характерные конусы травления. Радиационное повреждение материала, как и удельные энергетические потери заряженных частиц, пропорционально квадрату их заряда и зависит также от скорости частицы.

В докладе представлены первые результаты изучения регистрирующих свойств фосфатного стекла марки КНФС-3. Результаты проведённых исследований позволили предложить алгоритм идентификации иона (с энергией около 1.1 МэВ/нуклон) при его замедлении в фосфатном стекле, в основе которого лежит установленная связь заряда со скоростью изменения размеров лунки в фазе избирательного травления. Ведется изучение регистрационных характеристик фосфатного стекла при различных температурных режимах, поскольку для успешного использования фосфатного стекла в качестве трекового детектора в термохроматографической колонке, применяемой в экспериментах по исследованию химических свойств сверхтяжелых элементов необходимо, чтобы фосфатное стекло сохраняло способность регистрировать треки ядер в широком диапазоне температур.

Проведены калибровочные эксперименты для получения зависимости параметров протравленных треков от температуры и продолжительности нагрева образца, а также от момента его нагревания по отношению к облучению и травлению. Чтобы эффективно идентифицировать заряды ионов, при обработке облученных стекол строго соблюдалась стабильность воспроизведения оптимальных условий химического травления. Результаты проведенного исследования позволяют сделать заключение о возможности эффективного использования фосфатных стекол для регистрации и идентификации сверхтяжелых ядер, синтезированных на Фабрике сверхтяжелых элементов Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ).