Радиохимия и спектроскопия для астрофизики и ядерной медицины

Проект направлен на развитие методов ядерной спектроскопии и радиохимии, в том числе для астрофизики и нейтринной физики.

Проект направлен на развитие методов ядерной спектроскопии и радиохимии, в том числе для астрофизики и нейтринной физики. Он включает в себя новые методики регистрации частиц, калибровок экспериментальных установок, описание фона, создание уникально чистых материалов и т.п., а также развитие методов ядерной медицины: получение и очистка радиоизотопов, разработка и синтез радиофармпрепаратов, исследование механизмов воздействия на вещество в локациях распада радионуклидов и др. Конкретные области: 1. Новые детекторы (полупроводниковые детекторы, жидкие и пластмассовые органические сцинтилляторы, композиционные сцинтилляционные системы регистрации, детекторы нейтронов и радона и др.). 2. «Постраспадная» спектроскопия электронов и других излучений с акцентом на предельно низкие энергии. 3. Традиционная гамма-спектроскопия на полупроводниковых детекторах (ППД), с акцентом на прецизионность определения энергии излучений и активностей источников (как точеных, так и объемных) в целях изучения мод распада и определения сечений ядерных реакций. 4. Применение методов сверхтонких взаимодействий (СТВ) с использованием радиоактивных меток, а именно метода возмущенных угловых корреляций (ВУК) и эмиссионной моды Мессбауэровской спектроскопии для изучения радиофармпрепаратов и их прекурсоров в водосодержащих системах и других матриц. 5. Разработка методов получения и очистки радионуклидных препаратов для синтеза радиофармпрепаратов, в том числе развитие генераторных способов их получения, развитие физико-химических методов оценки свойств радионуклидов и радиофармпрепаратов (их прекурсоров) в гомогенных и гетерогенных системах. 6. Разработка и применение методов и методик для получения и анализа низкофоновых материалов с уникально низким содержанием радиоактивных примесей, в том числе применение метода масс-спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой МС-ИСП, а также других аналитических и ядерно-спектроскопических методов. Использование методов ядерной спектроскопии и радиохимии при изучении свойств нейтрино, поиске частиц темной материи, исследованиях редких и других физических процессов твердо и заслуженно зарекомендовано в многочисленных экспериментах, проводимых по данным тематикам фундаментальной физики. Тоже самое можно сказать и об их роли в ядерной медицине. Таким образом, актуальность данной тематики несомненна. Залогом научной новизны проекта, является его нацеленность на разработку методик и методов, позволяющих расширить горизонт заявленных целевых экспериментов, проводимых в ЛЯП ОИЯИ.

Expected results

Ожидаемые результаты по завершении проекта: 1. Новые детекторы: – разработка и применение детекторов на основе карбида кремния (SiC) для регистрации ядерных излучений. SiC-детекторы, обладающие высокой радиационной стойкостью и работоспособностью при высоких температурах> 400°C, планируется использовать для контроля работы сильноточных ускорителей, ядерных реакторов, а также для диагностики горячей плазмы; – разработка и исследование жидких теллуросодержащих сцинтилляторов для поиска двойного безнейтринного β-распада, а также других типов жидких и пластмассовых сцинтилляторов; – разработка композиционных сцинтилляционных систем регистрации для нейтринных экспериментов; – разработка и применение 3He-счетиков для регистрации низких потоков нейтронов (менее 10-6 n×см-2×c), разработка компактного чувствительного детектора радона, разработка технологии изготовления низкорадиоактивных деталей с использованием 3D-печати. 2. Экспериментальное исследование спектров низкоэнергетических электронов (0 -50 кэВ) на спектрометре ESA-50 и спектров гамма- и рентгеновского излучений на ППД при радиоактивном распаде с целью получения новых данных о низковозбужденных состояниях ядер и постраспадной релаксации атомных систем, поиск способов спектрометрии постраспадных фотонов (от края инфракрасного излучения до мягкого рентгеновского) в области энергий 1-200 эВ. 3. Разработка методики применения кодов моделирования (Geant4, MCNP и FLUKA) характеристик HPGe спектрометров, как на ускорителе электронов ЛИНАК-200 с целью определения выходов фотоядерных реакций, так и на других базовых установках ОИЯИ. Изучение мод распада широкого круга радионуклидов, их содержания в образцах (96Zr, 40K, 138La и др.) для изучения редких процессов. 4. Совершенствование методов возмущенных угловых корреляций (ВУК) и Мессбауэровской спектроскопии (эмиссионная мода) с использованием радиоактивных меток 111In, 152Eu, 154Eu, 119Sb, 119mSn, 57Co, 161Tb и др., для изучения радиофармпрепаратов и их прекурсоров (составных частей) в водосодержащих системах, а также других матриц, развитие физико-химических методов оценки свойств радионуклидов и радиофармпрепаратов в гомогенных и гетерогенных системах. 169 5. Радиохимия и ядерная медицина – исследование сорбционных процессов для различных систем раствор-сорбент как химическую основу методик очистки радиопрепартов (как, впрочем, и очистки низкофоновых материалов) и приготовления радионуклидных генераторов для производства радиофармпрепаратов; – разработка методов производства и выделения (в том числе и с использованием масс-сепарации) радионуклидов из мишеней, облученных протонами, нейтронами и гамма-квантами для производства радиофармпрепаратов ( 103Pd, 119Sb, 161Tb, ряд альфа-излучателей и др.); – на основе реверсно-тандемных методов будет продолжена разработка большого круга радионуклидных генераторов для расширения возможностей получения медицинских радионуклидов. Будет рассмотрена возможность создания 1-2 генераторов значимой активности для внешних пользователей; – разработка методик мечения радионуклидами радиофармпрепаратов на основе хелаторов с «медленной» кинетикой, исследование проблемы хелатирования радия. 6. Разработка и реализация методов получения образцов (82Se, 96Zr, материалы защиты, припой и т.п.) для астрофизических и нейтринных задач на новом ультранизком уровне содержания примесей (от мБк/кг к мкБк/кг по Th и U). Основные подходы к решению обозначенных задач: применение противоточной хроматографии, низкокипящих и других подготовленных либо отобранных реагентов, использование отобранных и подготовленных материалов реакторов; – разработка и реализация методов анализа образцов на ультранизком уровне чувствительности (от мБк/кг к мкБк/кг по Th и U) с использованием МС-ИСП, нейтроноактивационного анализа (НАА) и других методов, разработка методик прецизионного определения химического и изотопного составов веществ – материалов, используемых в астрофизических и нейтринных экспериментах.