Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Vladimír Wagner Ústav jaderné fyziky AVČR, 250 68 Řež, E_mail: WWW: Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Vladimír Wagner Ústav jaderné fyziky AVČR, 250 68 Řež, E_mail: WWW: Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská."— Transkript prezentace:

1 Vladimír Wagner Ústav jaderné fyziky AVČR, Řež, E_mail: WWW: Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT Praha 1. Úvod 2. Zdroje neutronů 2.1 Kvazimonoenergetické zdroje – založené na reakcích 2.2 Bílé zdroje využívající TOF – založené na tříštivých reakcích či jiných reakcích 2.3 Zdroje termálních a epitermálních neutronů – založené na reaktorech 3. Měření účinných průřezů 3.1 Databáze experimentálních dat 3.2 Integrální měření pomocí aktivace 3.3 „Event by event“ měření 4. Něco navíc 4.1 Studium tříštivých reakcí 4.2 „Benchmark“ pomocí dat z komplexních sestav 5. Závěr Experimentální získávání jaderných dat (zaměřeno na data o reakcích neutronů) Tekutý terč ze rtuti tříštivého zdroje neutronů v Oak Ridge

2 Úvod Neutron nemá elektrický náboj → interakce pouze silnou jadernou interakcí nelze urychlit, problém se získáním monoenergetického svazku Magnetický moment neutronu → interakce i elektromagnetickou interakcí, většinou zanedbatelný vliv Rozdělení neutronů podle jejich energie: Ultrachladné: E < eV Chladné a velmi chladné: E = (10 -6 eV – 0,0005 eV) Tepelné neutrony – (0,002 eV – 0,5 eV) neutrony v tepelné rovnováze s okolím, Maxwellovo rozdělení rychlostí pro 20 o C je nejpravděpodobnější rychlost v = 2200 m/s → E = 0,0253 eV Epitermální neutrony a rezonanční neutrony: E = (0,5 eV – eV) Kadmiový práh: ~ 0,5 eV - s větší energií procházejí 1 mm Cd Pomalé neutrony: E < 0,3 eV Rychlé neutrony: E = (0,3 eV – 20 MeV) Neutrony vysokých energií: E = (20 MeV – 100 MeV) Relativistické neutrony: 0,1 – 10 GeV Ultrarelativistické neutrony: E > 10 GeV

3 Kvazimonochromatické neutronové zdroje TSL Uppsala ÚJF AVČR Řež založené na reakcích 7 Li(p,n) 7 Be Protony MeV Protony MeV Intenzita 10 8 cm -2 s -1 Intenzita 10 5 cm -2 s -1 Výhoda využití dvou různých zdrojů: široký rozsah energií a přesnější ocenění systematických nejistot

4 Pozadí zdroj v Uppsale (dole), zdroj v Řeži (nahoře) V Řeži protonový svazek zastavován uhlíkovým blokem – pozadí pro nízké energie

5 Neutronový zdroj nELBE (Rosendorf) Svazek neutronů Svazek elektronů Elektronový svazek – olověný terč – brzdné záření – (γ,n) reakce

6 Tekutý olověný terč, velmi vysoká intenzita svazku Délka mikropulsu < 10 ps Délka základny pro určení doby letu m Neutronový tok 0,8·10 7 cm -2 s -1 Rozsah energii100 keV < En < 10 MeV Energetické rozlišení  E/E < 1 % (6 m)

7 Spektrum zdroje nElbe v roce 2007 a 2009 Měřící místnost – detektory pro měření gama fotonů a neutronů vznikajících v reakcích

8 GELINA TOF spektrometr (Belgie) Elektronový urychlovač: energie 100 MeV, délka pulsu 10 ns, opakovací frekvence 800 Hz Vlastnosti: 1) Vysoká intenzita svazku 2) Komprese svazku pomocí magnetu 3) Rtutí chlazený uranový terč 4) Velmi dlouhé základny pro dobu letu (až 400 m) Střední tok neutronů: 3,4 x neutrons/s Současně obsluhuje až 12 experimentů Tok neutronů: Energetické rozlišení:

9 Tříštivé reakce jako intenzivní zdroj neutronů Reakce protonu z vysokou energií ( > 100 MeV ) s jádry Velmi intenzivní zdroj neutronů – lze dosáhnout až n/cm 2 s Tři etapy tříštivé reakce: 1) Vnitrojaderná kaskáda - nalétávající proton vyráží v nukleon-nukleonových srážkách nukleony z vysokou energií 2) Předrovnovážná emise - výlet nukleonů s vyšší energií z jádra ještě před nastolením tepelné rovnováhy 3) Vypařování neutronů nebo štěpení jádra – jádro v tepelné rovnováze se zbavuje přebytečné energie vypařováním neutronů s energií okolo 5 MeV. Neu- trony vypařují i štěpné produkty Vysokoenergetické nukleony vzniklé v etapě vnitrojaderné kaskády mohou způsobit další tříštivou reakci - hadronová sprška Přesně to potřebujeme pro efektivní transmutaci

10 Zařízení n-TOF v CERNu olověný terč – tříštivé reakce protonový svazek: E p = 20 GeV, Δt = 7 ns, I = 7·10 12 protonů, f = 0,8 Hz vzdálenost 185 m, 10 5 n/puls/energetický řád neutronový svazek FWHM = 11,8 mm neutronový svazek: 300 n/p E n = 0,025 eV – 1000 MeV stínění za terčem odkláněcí magnet olověný terč - sestavování speciální kolimace a moderace pro různé režimy práce

11 Spektrum produkovaných neutronů (simulace) (na konci transportního systému -185 m od terče) Energetické rozlišení zařízení n-TOF Moderátor Chladící systém terče Experimentální hala u n_TOF

12 Využití neutronů z reaktoru Hlavně termální a epithermální neutrony Možnost využití monochromátoru Možnost získaní definované energie pomocí difrakce Měření parametrů štěpných reakcí pro termální neutrony Pracoviště pro studium reakcí neutronů na reaktoru v Budapešti Reaktor LVR-15 v ÚJV Řež

13 Neutronový kanal na reaktoru LVR-15 v Řeži Průřez svazku: 4  60 mm 2 Intenzita svazku: (1.5±0.2)·10 7 n cm -2 s -1 Gama-gama koincidenční sestava Měření silových funkcí

14 Databáze experimentálních dat EXFOR Evropské projekty podporující přístup k zdrojům neutronů Už skončil Letos zahajuje a umožňuje provedení experimentů na čtrnácti neutronových zdrojích

15 ÚJF AVČR Řež: TSL Uppsala: 4 měření: energie neutronů 17,5; 21,9; 30,4 a 35,9 MeV První série (2008): energie neutronů 22; 47 a 94 MeV Druhá série (2010): energie protonů 62; 70; 80 a 93 MeV Podporováno: Měřené materiály: Všechna ozařování: Al, Au, Bi, Ta, In a I Některá ozařování: Y, Co, Zn, Fe, Cu, Ni a Mg Neutronová spektra pro různé energie protonů (ÚJF AVČR Řež) Problém odečtení pozadí → je důležité získat data pro řadu energií neutronů (protonů) Příklad různého vlivu pozadí Využití aktivace k určení účinných průřezů Hlavní zdroje nejistot: 1) Fit Gaussovy křivky > 1 % 2) Účinnost ~ 3 % 3) Spektroskopické korekce ~1 % 4) Integrál neutronového svazku ~ 5 % (NPI), 10 % (TSL) 5) Definice neutronového spektra – odečtení pozadí Využívá se vzniku radioaktivních jader – měření následné gama radioaktivity

16 Průběh měření a zpracování Ozařování N Yield HPGe Analýza gama spekter Účinný průřez Korekce Production in peak Talys1.0

17

18 Příklady získaných dat

19 Uppsala únor 2010 ! PŘEDBĚŽNÉ ! výsledky

20 nELBE – příklady metod měření a výsledků Nepružný rozptyl neutronů

21 Držák terče: Pb absorber Ta vzorek Plastický scintilator s nízkým detekčním prahem NIMA 575 (2007) 449 Měření totálního účinného průřezu absorpce neutronu na tantalu Využití transmisní metody:

22 Rezonance 80,8 keV u FePočet reakcí pro štěpení 235 U v závislosti na energii neutronů Měření pomocí n_TOF Různé typy detektorů částic a fotonů Transmisní měření Velmi přesná měření ve velmi širokém rozmezí energií

23 Měření záchytu na 151 Sm průběh reakcí a větvení s-procesu v oblasti Gd, Eu a Sm Detekce gama pomocí C 6 D 6 scintilátoru (malá citlivost na neutrony) Neutrony s energií od 0,6 eV do 1 MeV Přesnost 6 % pozadí výřez v oblasti 500 – 550 eV 1) Poločas rozpadu 93 let – součást odpadu jaderných elektráren Studium reakce (n,γ) na 151 Sm 2) Důležitý článek řetězce produkce vzácných zemin 3) Patří mezi přechodové prvky svazek neutronů gama detekční systém

24 Produkce neutronů v tříštivých reakcích a srážkách protonů a těžkých iontů Produkce neutronů na uranu Ep = 585 MeV (S. Cierjacks Phys. Rev 36(1987)1976 Použit svazek protonů z cyklotronu v SIN (Švýcarsko) – puls 200 ps Tenké terče díry (d=4cm) v 20 cm železa → úzce kolimovaný svazek neutronů do úhlů 30 o, 90 o a 150 o NE213 – neutron detektor NE102A – veto detektor – potlačení nabitých částic 1) Příklad měření produkce neutronů v tříštivých reakcích na tenkých terčích: vzdálenost terč – detektor 1,3 m Energetické rozlišení

25 2) Měření produkce neutronů v tříštivých reakcích do nulového úhlu odklonění svazku nabitých protonů a dalších částic magnetem výběr jen dopředných protonů vznikajících ve srážkách neutronů (čelní srážka → předaná veškerá energie neutronu Problémy: 1) nepružné procesy v konvertoru n + p → p + n + π 0, n + p → p + p + π - 2) vznik jiných částic n + p → d + π 0, n + p → d + γ 3) pozadí částic vznikajících jinde 4) přesnost znalosti účinného průřezu rozptylu np jako funkci energie konvertor (tekutý vodík) – 0,93 g/cm 2 spektrometr: 4 mnohodrátové proporciální komory, 2 před a 2 za magnetem (určení hybnosti) Protonový svazek LAMPF (USA) E = 800 MeV, důležité materiály: Al, Ti, Cu, W, Pb, U Řada dalších experimentů studujících produkci neutronů v tříštivých reakcích srážkách těžkých iontů Podobně i produkce neutronů s tlustých terčů

26 „Benchmark“ testy na komplexních sestavách

27 Závěr 1)Problém se získáním zdroje neutronů s definovanou energií: a) kvazimonoenergetické zdroje založené na neutronech b) „bílé“ zdroje neutronů využívající k určení energie doby letu c) reaktory jako zdroje termálních a epitermálních neutronů 2) Mezery v experimentálních datech o účiných průřezech a dalších parametrech reakcí neutronů – snaha o jejich doplnění – evropské projekty (nyní ERINDA) 3) Měření účinných průřezů pomocí aktivační metody 4) Měření s využitím detekce produktů reakce neutronů 5) Měření pomocí transmisní metody 6) Studium správnosti experimentálních dat o jaderných reakcích pomocí komplexních „benchmark“ experimentů 7) Možnosti účasti studentů na těchto pracech


Stáhnout ppt "Vladimír Wagner Ústav jaderné fyziky AVČR, 250 68 Řež, E_mail: WWW: Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská."

Podobné prezentace


Reklamy Google