Радиохимия и спектроскопия для астрофизики и ядерной медицины

Проект включает в себя новые методики регистрации частиц, калибровок экспериментальных установок, описания фона, создание уникально чистых материалов и т.п., а также развитие методов ядерной медицины: получение и очистку радиоизотопов, разработку и синтез радиофармпрепаратов, исследование механизмов воздействия на вещество в локациях распада радионуклидов и др.

Конкретные области: 

• новые детекторы (полупроводниковые детекторы, жидкие и пластмассовые органические сцинтилляторы, композиционные сцинтилляционные системы регистрации, детекторы нейтронов и радона и др.);
•  «постраспадная» спектроскопия электронов и других излучений с акцентом на предельно низкие энергии;
• традиционная гамма-спектроскопия на полупроводниковых детекторах (ППД) с акцентом на прецизионность определения энергии излучений и активности источников (как точечных, так и объемных) в целях изучения типов распада и определения сечений ядерных реакций;
• методы сверхтонких взаимодействий (СТВ) с использованием радиоактивных меток, а именно метод возмущенных угловых корреляций (ВУК) и эмиссионной мессбауэровской спектроскопии для изучения радиофармпрепаратов и их прекурсоров в водосодержащих системах и других матрицах;
• методы получения и очистки радионуклидных препаратов для синтеза радиофармпрепаратов, в том числе генераторные способы их получения, физико-химические методы оценки свойств радионуклидов и радиофармпрепаратов (их прекурсоров) в гомогенных и гетерогенных системах;
• методики и методы получения и анализа низкофоновых материалов с уникально низким содержанием радиоактивных примесей, в том числе метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой МС-ИСП, а также другие аналитические и ядерно-спектроскопические методы.

Методы ядерной спектроскопии и радиохимии при изучении свойств нейтрино, поиске частиц темной материи, исследованиях редких физических процессов давно и заслуженно зарекомендовали себя в многочисленных экспериментах, проводимых в области фундаментальной физики и ядерной медицины. Актуальность данной тематики несомненна. Залогом научной новизны проекта является его нацеленность на разработку методик и методов, позволяющих расширить горизонт экспериментов, проводимых в ЛЯП ОИЯИ.

Ожидаемые результаты по завершении проекта

Новые детекторы:

• будут разработаны и начнут применяться детекторы на основе карбида кремния (SiC) для регистрации ядерных излучений; планируется использовать SiC-детекторы, обладающие высокой радиационной стойкостью и работоспособностью при высоких температурах (> 400°C), для контроля работы сильноточных ускорителей, ядерных реакторов, а также для диагностики горячей плазмы;
• планируется разработать и исследовать жидкие теллуросодержащие сцинтилляторы для поиска двойного безнейтринного β-распада, а также другие типы жидких и пластмассовых сцинтилляторов;
• ожидается разработка композиционных сцинтилляционных систем регистрации для нейтринных экспериментов;
• будут разработаны и начнут применяться 3He-счетики для регистрации низких потоков нейтронов (не менее $10^{-6}  n×{см}^{-2}×c$); планируется разработать компактный чувствительный детектор радона, технологию изготовления низкорадиоактивных деталей с использованием 3D-печати.
  
  Планируется провести 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.
  
  Будет разработана методика 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; будут исследованы виды распада широкого круга радионуклидов, определено их содержание в образцах (${}^{96}Zr, {}^{40}K, {}^{138}La$ и др.) для изучения редких процессов.
  
  Планируется усовершенствование метода возмущенных угловых корреляций (ВУК), а также эмиссионной мессбауэровской спектроскопии с использованием радиоактивных меток ${}^{111}In, {}^{152}Eu, {}^{154}Eu, {}^{119}Sb, {}^{119m}Sn, {}^{57}Co, {}^{161}Tb$ и др., для изучения радиофармпрепаратов и их прекурсоров (составных частей) в водосодержащих системах, а также других матрицах; будут улучшены физико-химические методы оценки свойств радионуклидов и радиофармпрепаратов в гомогенных и гетерогенных системах.
  
  Радиохимия и ядерная медицина:
• планируется провести исследования сорбционных процессов для различных систем раствор-сорбент как химической основы методик очистки радиопрепаратов (как и очистки низкофоновых материалов) и приготовления радионуклидных генераторов для производства радиофармпрепаратов;
• будут разработаны методы производства и выделения (в том числе и с использованием масс-сепарации) радионуклидов из мишеней, облученных протонами, нейтронами и гамма-квантами для производства радиофармпрепаратов (${}^{103}Pd, {}^{119}Sb, {}^{161}Tb$, 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;
• будут разработаны методики мечения радионуклидами радиофармпрепаратов на основе хелаторов с «медленной» кинетикой; будет исследована проблема хелатирования радия.
• будут разработаны и реализованы методы получения образцов (${}^{82}Se, {}^{96}Zr$, материалы защиты, припой и т.п.) для астрофизических и нейтринных задач с новым ультранизким уровнем содержания примесей (от мБк/кг к мкБк/кг по Th и U); будет применена противоточная хроматография, использованы низкокипящие и другие подготовленные либо отобранные реагенты, а также отобранные и подготовленные материалы реакторов;
• будет разработан и реализован метод 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; будут разработаны методики прецизионного определения химического и изотопного составов материалов, используемых в астрофизических и нейтринных экспериментах.