npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562920060329npe-43Research ArticleМатериалы и технология для новых источников энергииMaterials and Technologies for New Sources of EnergyПерспективы девозбуждения ядерного изомера 186mRe в плазмеProspects for Plasma De-Excitation of 186mRe Nuclear IsomerКольцовВ. В.KoltsovV. V.

Санкт-Петербург, 194021 

Saint-Petersburg, 194021 

vladimir-koltsov@yandex.ruАО “Радиевый институт им. В.Г. Хлопина”РоссияJSC Khlopin Radium InstituteRussian Federation2021220420241228490Copyright © Кольцов В.В., 20242024Кольцов В.В.Koltsov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/43

Обсуждается переспективность исследования стимулированного девозбуждения ядерного изомера (СДЯИ) в ядре 186m1Re в плазме с электронной температурой θe порядка энергии ΔЕ триггерного перехода, который переводит изомерное ядро на выше лежащий уровень, откуда возможен быстрый распад в основное состояние ядра. Недавно стимулированное девозбуждение изомера 186m1Re было обнаружено в лазерной плазме с температурой θe ~ 1 кэВ и временем жизни около 0.3 нс. Однако вероятность PСДЯИ стимулированного девозбуждения изомера была очень мала, порядка 10–5%. Для увеличения вероятности PСДЯИ в работе предлагается заменить лазерную плазму на плазму сильноточного электрического разряда с температурой θe ~ 1 кэВ, в частности на плазму электрического взрыва проводников, время жизни которой может быть на два порядка больше времени жизни лазерной плазмы. Для возможности выбора наиболее эффективного режима стимуляции девозбуждения ядерных изомеров получена простая формула для оценки вероятностии PСДЯИ в зависимости от параметров плазмы. Для увеличения вероятности PСДЯИ также предложена подсветка плазмы фотонами частоты, резонансной триггерному переходу, и предложен режим многократного повторяющегося сильноточного электрического разряда в плазме, содержащей изомерные ядра. Отмечается, что накопленные экспериментальные и теоретические результаты позволяют уже в настоящее время приступить к разработке источника энергии на основе изомера 186m1Re.

In the paper is discussed the prospects of studying the stimulated de-excitation of the nuclear isomers (SDENI) 186m1Re in a plasma with an electron temperature θe of the order of the energy ΔE of the trigger transition, this transition transfers the isomeric nucleus to a higher level, from which rapid decay into the ground state of the nucleus is possible. Recently, stimulated de-excitation of the 186m1Re isomer was found in a laser plasma with a temperature of θe ~ 1 keV and a lifetime of about 0.3 ns. However, the probability PSDENI of the stimulated de-excitation of the isomer was very small, about 10–5%. In order to increase the probability SDENI, it is proposed to use instead the laser plasma the plasma of a high-current electric discharge with a temperature of θe ~ 1 keV. In particular, it is proposed to use the plasma of the electric explosion of conductors, the lifetime of such plasma can be two orders of magnitude longer than the lifetime of the laser plasma. To select the plasma parameters for the most effective stimulation of 186m1Re isomers de-excitation, a simple formula was derived to estimate the probability PSDENI depending on the plasma parameters. In order to increase the probability PSDENI, it is also suggested to irradiate the plasma with photons of the frequency resonant to the trigger transition, and a mode of multiple repetitive high-current electric discharges in a plasma containing isomeric nuclei is proposed. It is noted that the accumulated experimental and theoretical results allows already now to start developing an energy source based on the 186m1Re isomers.

стимуляция девозбуждения ядерных изомеровлазерная плазмаплазма сильноточного электрического разрядавнутренняя электронная конверсияstimulation of de-excitation of nuclear isomerslaser plasmaplasma of a high-current electric dischargeinternal electron conversionReferencesКарамян С.А. // ЭЧАЯ. 2008. Т. 39 (4). С. 949. [Karamian S.A. // Phys. Part. Nucl. 2008. V. 39 (4). P. 490].Карамян С.А. // ЭЧАЯ. 2008. Т. 39 (4). С. 949. [Karamian S.A. // Phys. Part. Nucl. 2008. V. 39 (4). P. 490].Collins C.B., Zoita N.C., Rusu A.C.et al. // Europhys. Lett. 2002. V. 57 (5), P. 677.Collins C.B., Zoita N.C., Rusu A.C.et al. // Europhys. Lett. 2002. V. 57 (5), P. 677.Гольданский В.И., Намиот В.A. // Письма в ЖЭТФ. 1976. Т. 23 (9). С. 495. [Goldanskii V.I., Namiot V.A. // JETP Lett. 1976. V. 23 (9). P. 451].Гольданский В.И., Намиот В.A. // Письма в ЖЭТФ. 1976. Т. 23 (9). С. 495. [Goldanskii V.I., Namiot V.A. // JETP Lett. 1976. V. 23 (9). P. 451].Tkalya E.V. // Nucl. Phys. A. 1992. V. 539 (2). P. 209.Tkalya E.V. // Nucl. Phys. A. 1992. V. 539 (2). P. 209.Karpeshin F.F., Trzhaskovskaya M.B., Zhang J. // Eur. Phys. J. A. 2009. V. 39. P. 341.Karpeshin F.F., Trzhaskovskaya M.B., Zhang J. // Eur. Phys. J. A. 2009. V. 39. P. 341.Wu Y., Gunst J., Keitel C. H., Pálffy A. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 052504.Wu Y., Gunst J., Keitel C. H., Pálffy A. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 052504.Baglin Coral M. // Nucl. Data Sheets. 2003. V. 99. P. 1.Baglin Coral M. // Nucl. Data Sheets. 2003. V. 99. P. 1.Ватулин В.В., Жидков Н.В., Римский-Корсаков А.А., Кольцов В.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2017. Т. 81. С. 401. [Vatulin V.V., Jidkov N.V., RimskyKorsakov A.A., Koltsov V.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2017. V. 81 (10). P. 1159].Ватулин В.В., Жидков Н.В., Римский-Корсаков А.А., Кольцов В.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2017. Т. 81. С. 401. [Vatulin V.V., Jidkov N.V., RimskyKorsakov A.A., Koltsov V.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2017. V. 81 (10). P. 1159].Андреев А.В., Гордиенко В.М., Савельев А.Б. // Квантовая электроника. 2001. Т. 31(11). С. 941. [Andreev A.V., Gordienko V.M., Savel’ev A.B. // Quantum Electron. 2001. V. 31(11). P. 941].Андреев А.В., Гордиенко В.М., Савельев А.Б. // Квантовая электроника. 2001. Т. 31(11). С. 941. [Andreev A.V., Gordienko V.M., Savel’ev A.B. // Quantum Electron. 2001. V. 31(11). P. 941].Афонин В.И., Вихляев Д.А., Какшин А.Г. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2012. Вып. 3. С. 75.Афонин В.И., Вихляев Д.А., Какшин А.Г. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2012. Вып. 3. С. 75.Андреев А.А., Платонов К.Ю., Рождественский Ю.В. и др. // Квантовая электроника. 2010. Т. 40 (4). С. 349. [Andreev A.A., Platonov K.Yu., Rozhdestvenskii Yu.V., et al. // Quantum Electron. 2010. V. 40 (4). P. 349].Андреев А.А., Платонов К.Ю., Рождественский Ю.В. и др. // Квантовая электроника. 2010. Т. 40 (4). С. 349. [Andreev A.A., Platonov K.Yu., Rozhdestvenskii Yu.V., et al. // Quantum Electron. 2010. V. 40 (4). P. 349].Бородин В.Г., Ватулин В.В., Жидков Н.В. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10 (5). С. 480. [Borodin V. G., Vatulin V.V., Zhidkov N.V. et al. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82 (12). P. 1706].Бородин В.Г., Ватулин В.В., Жидков Н.В. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10 (5). С. 480. [Borodin V. G., Vatulin V.V., Zhidkov N.V. et al. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82 (12). P. 1706].Кольцов В.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2018. Т. 82 (10). С. 92. [Koltsov V.V. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2018. V. 82 (10) P. 1320].Кольцов В.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2018. Т. 82 (10). С. 92. [Koltsov V.V. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2018. V. 82 (10) P. 1320].Карасев В.В., Кольцов В.В., Римский-Корсаков А.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2018. Т. 82(10). С. 6. [Karasev V.V., Koltsov V.V., Rimsky-Korsakov A.A. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2018. V. 82 (10). P. 1237].Карасев В.В., Кольцов В.В., Римский-Корсаков А.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2018. Т. 82(10). С. 6. [Karasev V.V., Koltsov V.V., Rimsky-Korsakov A.A. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2018. V. 82 (10). P. 1237].Арутюнян Р.В., Баранов И.Ю., Большов Л.А. и др. “Возбуждение низколежащего изомера урана-235 в плазме, создаваемой электронным пучком”. Препринт ИАЭ-5087/6. 1990. Москва: Инст. атом. энер. им. И.В. Курчатова.Арутюнян Р.В., Баранов И.Ю., Большов Л.А. и др. “Возбуждение низколежащего изомера урана-235 в плазме, создаваемой электронным пучком”. Препринт ИАЭ-5087/6. 1990. Москва: Инст. атом. энер. им. И.В. Курчатова.Koltsov V.V. Proc. 68th Int. Conf. on Nuclear Spectroscopy and Nuclear Structure (Nucleus-2018). July 2–6, 2018. Voronezh, Russia. P. 127.Koltsov V.V. Proc. 68th Int. Conf. on Nuclear Spectroscopy and Nuclear Structure (Nucleus-2018). July 2–6, 2018. Voronezh, Russia. P. 127.Альбиков З.А., Велихов Е.П., Веретенников А.Н. и др. // Атомная энергия. 1990. Т. 68 (1). С. 26. [Albikov Z.A., Velishov E.P., Veretenikov A.N. et al. // Sov. At.Energy. 1990. V. 68 (1). P. 26].Альбиков З.А., Велихов Е.П., Веретенников А.Н. и др. // Атомная энергия. 1990. Т. 68 (1). С. 26. [Albikov Z.A., Velishov E.P., Veretenikov A.N. et al. // Sov. At.Energy. 1990. V. 68 (1). P. 26].https://www.sandia.gov.https://www.sandia.gov.Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. “Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках”. 1990. Москва: Энергоатомиздат.Бурцев В.А., Калинин Н.В., Лучинский А.В. “Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках”. 1990. Москва: Энергоатомиздат.Fridman A. Plasma Chemistry. 2008. New York: Cambridge Univ. Press.Fridman A. Plasma Chemistry. 2008. New York: Cambridge Univ. Press.Borisyuk P.V., Chubunova E.V., Kolachevsky N.N. et al. // arXiv:1804.00299v1 [nucl-th]. 2018.Borisyuk P.V., Chubunova E.V., Kolachevsky N.N. et al. // arXiv:1804.00299v1 [nucl-th]. 2018.Кольцов В.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2019. Т. 83 (9). С. 1252. [Koltsov V.V. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2019. V. 83(9). P. 1141].Кольцов В.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2019. Т. 83 (9). С. 1252. [Koltsov V.V. // Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 2019. V. 83(9). P. 1141].Koltsov V.V. Proc. 69th Int. Conf. on Nuclear Spectroscopy and Nuclear Structure (Nucleus-2019). July 1–5, 2019. Dubna, Russia. P. 177.Koltsov V.V. Proc. 69th Int. Conf. on Nuclear Spectroscopy and Nuclear Structure (Nucleus-2019). July 1–5, 2019. Dubna, Russia. P. 177.Seegmiller D.W., Linder M., Meyer R.A. // Nucl. Phys. A. 1972. V. 185. P. 94.Seegmiller D.W., Linder M., Meyer R.A. // Nucl. Phys. A. 1972. V. 185. P. 94.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.