Radiochemistry of superheavy elements in solutions/DGRFS-2 system for detecting and registering nuclear reaction products

13.12.2022 – FLNR Scientific Seminar, 15-30, FlerovLab Conference Hall

1. Speaker: Yu.A.Bodrov, FLNR, JINR
(in connection with the election for the position of head of group)

“Radiochemistry of superheavy elements in solutions: theoretical approach to the separation of transfermium elements by cation-exchange chromatography”

Synthesis of relatively long-living isotopes of superheavy elements offered new opportunities for studying their chemical properties in solutions. In this regard the applicability of mathematical description of liquid chromatography to the behavior of single atoms is one of the primary questions to be answered here. The well-described theory of ion-exchange processes allowed us to propose the theoretical approach to predict parameters of actinide chromatograms. This approach is based on solution of mass-carry differential equations with or without taking diffusion into consideration and the closest similarity method for the experimental data based model training. α- hydroxyisobutyrate of ammonium (α-AHB) cation system, classical for the separation of transplutonium elements served as a basis. It is shown that there is no diffusion effect for cationite chromatographic processes. Mathematical dependencies predicting actinide distribution coefficients by the example of americium, curium and californium for concentrations below 0,15 moll/l α-AHB were determined. Americium, curium and californium distribution coefficients got in column scaling correspond to the model inaccuracy and is 5%. The obtained mathematical dependencies make it possible to determine the composition of actinide complexes, the complexation constants and open up the possibility to work with single atoms not only of actinides but for studying the complex formation of transactinides such as Rf and Db as well. Further development of radiochemistry in solutions is associated with the formation of a group with the main tasks such as: development of radiochemical technological processes of isolation of radioisotopes from irradiated targets, including regeneration of SHE Factory irradiated U, Pu, Am, Cm, Cf and Bk targets; radiochemical analysis of nuclear reaction products; synthesis and regeneration of organometallic compounds of enriched ⁵⁰Ti and ⁵⁴Cr isotopes for an ECR-source.

2. Speaker: A.A. Voinov, FLNR, JINR
(in connection with the election for the position of head of group)

“DGRFS-2 system for detecting and registering nuclear reaction products”

The results of modernization of the silicon detector based detection system in DGFRS-2 focal plane are presented. To increase the efficiency of nuclei registration the detector active area in the separator focal plane was increased which led to an increase in the number of side detectors and registration channels of the spectrometric equipment. The new programs of experimental data collection and visualization were developed as well. This helped to successfully carry out the SHE Factory first ⁴⁸Са ion beam experiments. The results of experiments studying ⁴⁸Са+²⁴³Am, ⁴⁸Ca+²⁴²Pu, ⁴⁸Ca+²³⁸U and ²³²Ca+Th complete fusion reactions which resulted in synthesis of new ²⁶⁴Lr, ²⁶⁸Sg, ²⁷²Hs, ²⁷⁶Ds isotopes are presented, the properties of 33 isotopes of superheavy elements are studied more detailly, reaction excitation functions are measured. The issues of further development of detection system, registration systems (“digital” and “analogue”) and data collection and “online” analysis programs are discussed.

Бодров А.Ю., ЛЯР
(в связи с выборами на должность начальника группы)

Радиохимия сверхтяжелых элементов в растворах: теоретический подход к разделению трансфермиевых элементов катионообменной хроматографией

После открытия относительно долгоживущих изотопов сверхтяжелых элементов появились новые возможности для изучения их химических свойств в растворах. В связи с этим одним из первостепенных вопросов является определение границ применимости математического описания процесса жидкостной хроматографии к поведению единичных атомов. Хорошо описанная теория ионообменных процессов позволила нам предложить теоретический подход для предсказания параметров хроматограмм актинидов. Данный подход основан на решении дифференциальных уравнений массопереноса с учетом и без учета диффузии и метода наибольшей схожести для обучения модели по экспериментальным данным. Взята за основу классическая для разделения трансплутониевых элементов система катионит – α-гидроксиизобутират аммония (α-ОИБ). Показано, что для хроматографических процессов на катионите влияние диффузии отсутствует. Установлены математические зависимости, которые предсказывают коэффициенты распределения актинидов на примере америция, кюрия и калифорния для концентраций ниже 0,15 моль/л α-ОИБ. Коэффициенты распределения америция, кюрия и калифорния, полученные при масштабировании колонки, соответствуют погрешности модели и составила 5%. Полученные математические зависимости позволяют определять состав комплексов, образованных актинидами, константы комплексообразования и открывают возможность работы с единичными атомами не только актинидов, но и для изучения комплексообразования трансактинидов, таких как Rf и Db. Дальнейшее развитие радиохимии в растворах связано с созданием группы основными задачами которой являются: разработка радиохимических технологических процессов выделения радиоизотопов из облученных мишеней, в т.ч. регенерация облученных на Фабрике СТЭ мишеней U, Pu, Am, Cm, Cf и Bk; радиохимический анализ продуктов ядерных реакций; синтез и регенерация металлорганических соединений обогащенных изотопов ⁵⁰Ti и ⁵⁴Cr для ECR-источника.

2. Воинов А.А., ЛЯР
(в связи с выборами на должность начальника группы)

Развитие системы детектирования и регистрации продуктов ядерных реакций на установке ГНС-2

Представлены результаты модернизации детектирующей системы на основе кремниевых детекторов в фокальной плоскости установки ГНС-2. Для повышения эффективности регистрации ядер была увеличена активная площадь детектора в фокальной плоскости сепаратора, что повлекло за собой увеличение числа боковых детекторов сборки и числа регистрирующих каналов спектрометрической аппаратуры. Также были разработаны новые программы набора и визуализации экспериментальных данных. Это позволило успешно провести первые эксперименты с пучком ионов ⁴⁸Са на Фабрике сверхтяжелых элементов. Представлены результаты экспериментов по исследованию реакций полного слияния ⁴⁸Са+²⁴³Am, ⁴⁸Ca+²⁴²Pu, ⁴⁸Ca+²³⁸U и ²³²Ca+Th, в которых синтезированы новые изотопы ²⁶⁴Lr, ²⁶⁸Sg, ²⁷²Hs, ²⁷⁶Ds, более детально изучены свойства 33 изотопов сверхтяжелых элементов, измерены функции возбуждения реакций. Обсуждаются вопросы дальнейшего развития детектирующей системы, систем регистрации («цифровой» и «аналоговой») и программ набора данных и «онлайн» анализа.