Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Simulační studie neutronových polí použitelných pro transmutaci štěpných produktů a aktinidů Daniela Hanušová Diplomová práce.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Simulační studie neutronových polí použitelných pro transmutaci štěpných produktů a aktinidů Daniela Hanušová Diplomová práce."— Transkript prezentace:

1 Simulační studie neutronových polí použitelných pro transmutaci štěpných produktů a aktinidů Daniela Hanušová Diplomová práce

2 Cíle diplomové práce  simulace neutronového spektra kolem Pb spalačního terče použitého v experimentu a studium vlivu zjednodušení v uspořádání experimentálního terče na neutronové spektrum  studium výtěžků transmutačních reakcí na izotopech jódu 129 I a 127 I pro izotopické složení odpovídající experimentu a pro některá další izotopická složení  srovnání vypočtených výtěžků s naměřenými hodnotami

3 Schématické znázornění terče použitého v experimentu Parametry jódových vzorků použitých v experimentu

4 Střední energie neutronů podél terče a relativní výtěžek reakce 129 I(n,2n) 128 I (normováno na maximální výtěžek při E p =3000 MeV) vypočtené pro účely stanovení nejvhodnějšího rozmístění vzorků jódu podél terče Rozmístění jódových vzorků:  vzorek centimetr terče (5. segment), protony o energii 2.5 GeV  vzorek centimetr terče (19. segment), protony o energii 2.5 GeV  vzorek centimetr terče (24. segment), protony o energii 2.5 GeV  vzorek centimetr terče (19. segment), protony o energii 1.3 GeV

5 Zjednodušené schéma terče použitého v simulacích se znázorněním pomocného rozdělení na segmenty

6  umožňuje simulovat transport a interakce nukleonů, pionů, mionů, lehkých iontů a antinukleonů v materiálech o uživatelem definované geometrii  v netransportním módu, tzn. částice je ihned po primární interakci vyřazena ze simulace, může být využit k výpočtu účinných průřezů  je vhodný pro energie částic v intervalu zhruba 150 MeV až několik GeV  umožňuje simulovat interakce a transport neutronů o energiích nad 20 MeV, neutrony s nižšími energiemi jsou zpracovávány programem MCNP (Monte Carlo N-Particle Transport Code)  pro popis interakce zahrnuje tři modely popisující tři fáze jaderné reakce: model vnitrojaderné kaskády (INC), model předrovnovážné emise a model rovnovážného vypařování  model předrovnovážné emise je volitelný parametr  LAHET zahrnuje dva INC modely, Bertini INC a ISABEL INC model.  ISABEL umožňuje interakce kaskádních částic a využívá realističtější popis jaderné hustoty, je podstatně náročnější na simulační čas.  Bertini INC se obvykle uvádí jako dostačující pro většinu problémů. Simulační program LAHET (Los Alamos High Energy Transport Code)

7 Srovnání neutronových toků podél terče ozařovaného protony o energii 2.5 a 1.3 GeV (intenzity neutronů normovány na jeden primární proton)  maximum na 5. segmentu se pro vyšší energii primárních protonů mírně posouvá do vzdálenějších segmentů  intenzita neutronů klesá podél terče ozařovaného protony o energii 1.3 GeV strměji než v případě ozařování protony o energii 2.5 GeV

8 Srovnání neutronových toků na 5., 19. a 24. segmentu pro energii protonů 2.5 GeV (intenzita neutronů v jednotlivých energetických binech normována na jeden proton)  intenzity neutronů na 5. a 19. segmentu se poměrně výrazně liší, klesající trend odpovídá tvrdnutí neutronového spektra ve vzdálenějších segmentech  maximum kolem 15 MeV v poměru neutronových spekter na 5./19. segmentu je důsledkem poklesu energie primárních protonů podél terče a tím i excitační energie jader směrem ke konci terče  rozdíl neutronových intenzit na 19. a 24. segmentu je podstatně méně výrazný, rostoucí tendence ukazuje na tvrdší neutronové spektrum na 24. segmentu

9 Srovnání neutronových toků na 19. segmentu pro energie primárních protonů 1.3 a 2.5 GeV (intenzita neutronů v jednotlivých energetických binech normována na jeden proton)  intenzita neutronového pole na 19. segmentu terče ozařovaného protony o energii 2.5 GeV je zhruba 2x vyšší než v případě terče ozařovaného protony o energii 1.3 GeV  maximum v oblasti 15 MeV je důsledkem vyšší excitační energie jader směrem do hloubi terče pro větší energii primárních částic

10 Vliv čelních monitorů na neutronové spektrum kolem terče ozařovaného protony o energii 2.5 GeV (analogické grafy pro protony o energii 1.3 GeV vykazují podobné chování)  čelní monitory o celkové tloušťce 0,056 mm by neměly mít na neutronové spektrum kolem terče experimentálně měřitelný vliv

11 Vliv monitorů resp. mezer (o šířce 3,2 mm) v terči na neutronové spektrum kolem terče ozařovaného protony o energii 2.5 a 1.3 GeV  narušení kompaktnosti terče by nemělo s ohledem na dosažitelné experimentální přesnosti ovlivnit experimentální neutronové spektrum

12 Vliv některých modelů jednotlivých fází jaderné reakce zahrnutých v programu LAHET na neutronové spektrum v 19. segmentu  neutronové spektrum je nejvýrazněji ovlivněno volbou modelu předrovno- vážné emise (pre-eq.)  rozdíly vlivem uvážení některého z uvedených modelů dosahují až 20% resp. 30% v případě primárních protonů o energii 2.5 resp. 1.3 GeV  neutronová spektra v 5. a 24. segmentu vykazují podobné trendy

13 Vliv posunutí středu svazku 1 cm nad osu terče na neutronové spektrum v místě vzorku jódu na 5. a 19. segmentu (v grafech je poměr neutronových spekter pro terč zasažený svazkem 1cm nad osou a přímo v ose)  posunutí středu svazku 1 cm nad osu terče způsobuje celkové zvýšení intenzity neutronového pole v místě vzorku jódu o 60% v případě primárních protonů o energii 2.5 GeV  vliv posunutí středu svazku se podél terče příliš nemění  zvýšení neutronové intenzity v případě energie primárních protonů 1.3 GeV dosahuje zhruba 25%

14 Simulace účinných průřezů reakcí neutronů s izotopy 129 I a 127 I a výpočet odpovídajících výtěžků  evaluovaná data účinných průřezů reakcí neutronů s izotopy 129 I a 127 I jsou převážně pouze do 20 MeV  účinné průřezy pro ostatní energie neutronů je nutné získat ze simulací  účinné průřezy reakcí s prahem pod 20 MeV, získané ze simulací, byly navázány na evaluované hodnoty  evaluované hodnoty byly převzaty z knihovny JENDL-3, kde je nejkompletnější databáze studovaných účinných průřezů  konvolucí neutronového spektra a účinných průřezů byly vypočteny výtěžky některých (n,xn) reakcí  reakce (n,xn) mají největší účinné průřezy a do jejich výtěžků nepřispívají produkty rozpadů izotopů vzniklých v jiných reakcích  studovány jsou pouze výtěžky izotopů 130 I- 120 I, neboť izotop 120 I je izotop jódu s nejnižším A naměřený v experimentu

15 Účinné průřezy některých (n,xn) a (n,γ) reakcí  prahy a maxima účinných průřezů reakcí s větším počtem vyražených neutronů se posouvají směrem do vyšších energií  maxima účinných průřezů v závislosti na počtu vyražených neutronů klesají  míra příspěvku (n,γ) reakcí na izotopech 129 I a 127 I do celkového výtěžku závisí především na přítomnosti a intenzitě měkké části neutronového spektra

16 Vypočtené relativní výtěžky produkce izotopů 130 I I ve vzorcích umístěných na 5., 19. a 24. segmentu terče (normováno na výtěžek izotopu 126 I)  pokles hodnot relativních výtěžků s klesajícím nukleonovým číslem A koresponduje s průběhy účinných průřezů a neutronového spektra  vzrůst relativních výtěžků izotopů s A<126 v závislosti na segmentu odpovídá rostoucímu podílu neutronů o vyšších energiích směrem ke konci terče

17 Vypočtené relativní výtěžky izotopů 130 I- 120 I na 19. segmentu pro energie primárních protonů 2.5 a 1.3 GeV (normováno na výtěžek izotopu 126 I)  vyšší hodnoty relativních výtěžků všech izotopů (kromě izotopu 128 I) v případě primárních protonů o energii 1.3 GeV jsou důsledkem nižšího podílu vysoko a nízko energetických neutronů v oblasti 19. segmentu terče ozařovaného protony o energii 2.5 GeV

18 Poměry výtěžků produkce izotopů 128 I- 120 I na izotopech 129 I/ 127 I pro několik izotopických zastoupení Tot(I129) odpovídá podílu výtěžku všech studovaných (n,xn) reakcí na izotopu 129 I v celkovém výtěžku studovaných (n,xn) reakcí  ve výtěžku izotopu 128 I dominuje příspěvek reakce 129 I(n,2n) 128 I  ve výtěžku izotopu 126 I naopak převažuje podíl reakce na izotopu 127 I  příspěvek reakcí na 127 I do výtěžků izotopů A I s A<124 je pro experimentální izotopické složení zhruba poloviční oproti příspěvku reakcí na 129 I  podíl výtěžku všech studovaných (n,xn) reakcí na izotopu 129 I v celkovém výtěžku přibližně odpovídá procentuelnímu zastoupení tohoto izotopu

19 Výtěžky podle některých modelů jednotlivých fází jaderné reakce zahrnutých v programu LAHET (19.segment terče)  uvedené poměry vykazují v souladu s průběhy účinných průřezů v závislosti na energii podobné chování jako poměry neutronových spekter  volbou studovaných modelů jsou ovlivněny především výtěžky v případě primárních protonů o energii 1.3 GeV  vliv volby některého ze studovaných modelů na výtěžky v případě primárních protonů o energii 2.5 GeV nepřesahuje 10%

20 Srovnání vypočtených relativních výtěžků s naměřenými hodnotami ve vzorcích na 5., 19. a 24. segmentu, E p =2.5 GeV (normováno na výtěžek na 5. segmentu)  experimentální i vypočtené výtěžky vykazují stejné chování podél terče, které je v souladu s výsledky simulací neutronového pole (pokles intenzity neutronů od 5.segmentu směrem ke konci terče)  simulace silně nadhodnocují naměřené hodnoty (především pro izotopy s A  124)  výtěžek izotopu 128 I na 24. segmentu nebyl naměřen

21  neutronové spektrum klesá v závislosti na energii přibližně jako 1/E a ve spektru je patrné maximum v oblasti energií kolem 1 MeV, nejvyšší intenzity neutronů je možné očekávat v oblasti 5. segmentu (tj. 9.centimetru) terče  čelní monitory umístěné 30 cm před terčem o celkové tloušťce 0,056 mm by neměly mít experimentálně zjistitelný vliv na neutronové spektrum kolem spalačního terče  3.2 mm tenké mezery resp. monitory v nich umístěné způsobují mírný úbytek (2-3%) neutronů o energiích zhruba do 40 MeV v segmentech v těsném okolí mezery, úbytek by při dosažitelných experimentálních přesnostech neměl ovlivnit výsledky měření  posunutí středu protonového svazku 1 cm nad osu terče způsobuje nárůst celkové intenzity neutronového pole ve směru posunutí svazku v celém oboru energií zhruba o 60% resp. 25% v případě protonů o energii 2.5 resp. 1.3 GeV  volba konkrétního modelu jednotlivých fází jaderné reakce v programu LAHET má výrazný vliv na výsledky simulací (až 30%), který by měl být v rámci dosažitelné experimentální přesnosti rozlišitelný  podíl studovaných (n,xn) reakcí na izotopu 129 I v celkovém výtěžku je přibližně roven procentuelnímu zastoupení tohoto izotopu, celkový výtěžek studovaných reakcí je tedy tvořen především transmutací izotopu 129 I  srovnání s experimentem vykazuje dobrou shodu v trendech chování výtěžků v závislosti na poloze podél terče, pro objasnění konkrétních rozporů bude třeba provést další podrobnější simulace Závěr


Stáhnout ppt "Simulační studie neutronových polí použitelných pro transmutaci štěpných produktů a aktinidů Daniela Hanušová Diplomová práce."

Podobné prezentace


Reklamy Google