Aktivační měření účinných průřezů prahových reakcí neutronů Ústav jaderné fyziky, OJS, AV ČR, Řež u Prahy Katedra jaderných reaktorů, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT Aktivační měření účinných průřezů prahových reakcí neutronů Mikulášské setkání, Brno, 8.-10.12.2010 J. Vrzalová, O. Svoboda, A. Krása, M. Majerle, A. Kugler, A. Laredo, M. Suchopár, V. Wagner

Přehled Motivace Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Motivace Měření účinných průřezů Zdroje neutronů v ÚJF a v TSL (Švédsko) Odečet pozadí Experimenty na cyklotronu v Řeži Experimenty v TSL Uppsala Srovnání Závěr

Motivace - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr měření prostorového rozložení neutronů je důležitou součástí experimentů s jejich produkcí v tříštivých reakcích aktivační detektory jsou v těchto případech velmi důležitým nástrojem pro určení rozložení neutronového pole je využíváno prahových reakcí na Au, Al, Bi, In, Ta, Co, Y pro většinu pozorovaných prahových reakcí nejsou bohužel dostupné hodnoty experimentálně změřených účinných průřezů pro energie nad 30MeV→je nutné provádět nová měření

Detekce neutronů Al Au Bi Co In Ta Reakce E thresh [MeV] Poločas rozpadu 197Au (n,2n) 196Au 8.1 6.183 d 197Au (n,3n) 195Au 14.8  186.1 d 197Au (n,4n) 194Au 23.2 38.02 h 209Bi (n,3n) 207Bi 14.42 31.56 l 209Bi (n,4n) 206Bi 22.55 6.243 d 115In (n,2n) 114In 9.12 1.2 min Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Al Au Bi Co In Ta

Vyhodnocení - DEIMOS - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr

Spektroskopické korekce Samoabsorpce - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Účinnost detektoru γ-γ kaskádní koincidence rozpad během měření rozpad během ozařování nestabilita ozařování nebodové zářiče mrtvá doba detektoru

Vyhodnocení – celkový výtěžek - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr plocha píku samoabsorpce korekce na svazek mrtvá doba rozpad během měření a chlazení intensita γ linky účinnost detektoru kaskádní koincidence korekce na nebodové zářiče váha fólie Rozpad během ozařování

Měření účinných průřezů - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Požadavky pro měření účinných průřezů metodou aktivace: vysokoenergetický neutronový zdroj s dobrou intenzitou: monoenergetické (quazi-monoenergetické) neutrony, dobře známé spektrum dobré spektroskopické vlastnosti g detektorů hmotnostní číslo plocha fólie Lze spočítat Nyield a nakonec: Počet neutronů v píku Avogadrova konstanta Proces vyhodnocení: Ozařování→HPGe→Deimos→Výtěžek→Korekce →Účinný průřez

Zdroje neutronů Svazek Li terč Grafitový stopper Vzorky - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Blue Hall, Uppsala Quasi-monoenergetický zdroj Neutronový zdroj na cyklotronu U-120M ÚJF AVČR Řež: Energetický rozsah 18 – 37 MeV, intenzita ~ 108 n.cm-2.s-1 TSL Uppsala: Energetický rozsah 20 – 180 MeV, intenzita ~ 105 n.cm-2. s-1

Neutronová spektra z p/Li zdroje v ÚJF - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr nejistota v určení spektra - 10% byly použity protonové svazky o energiích 20, 25, 32.5, 37 MeV

Odečet pozadí - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Příspěvek z pozadí byl určen složením neutronového spektra s vypočítanými účinnými průřezy (TALYS 1.0) Byl vypočítán poměr mezi produkcí v neutronovém píku a celkovou produkcí a tímto poměrem byl přenásoben celkový výtěžek

TALYS 1.0 – jaderné modely - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr ld1 – Fermiho model ld2 – „zpětně-posunutý“ Fermiho model ld3 – „supratekutý“ model ld4 - Gorielyho tabulka ld5 - Hilaireyho tabulka Modely s různou hustotou hladin v jádře mění tvar účinného průřezu v závislosti na energii neutronů

Analýza nejistot Nejistota účinnostní kalibrace HPGe detektoru: méně než 3% Proložení gama píku Gaussem: > 1% (obvykle méně než 10%) Nepřesnost spektroskopických korekcí: méně než 1% Nepřesnost určení neutronového spektra: 10% Nepřesnost určení neutronového svazku: 5% v ÚJF, 10% v TSL Nejistota určení odečtu pozadí – bude analyzována detailněji - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr

Experimenty v ÚJF čtyři měření v letech 2008-2009 energie protonového - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr čtyři měření v letech 2008-2009 energie protonového svazku 20, 25 MeV (srpen 2008), 32.5 (duben 2009) and 37 MeV (květen 2009) doba ozařování kolem 20 h., ozařované fólie: Ni, Zn, Bi, Cu, In, Al, Au, Ta, Fe and I vzdálenost vzorků od lithiového terče – 11 až 16 cm

Experimenty v TSL energie protonového svazku 25, 50, 100 MeV (červen 2008); 62, 70, 80, and 93 MeV (únor 2010) - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr čas ozařování kolem 8 h.,ozařované fólie: Au, Bi, In, Al, Ta, Co, Y and I

Výsledky z ÚJF a TSL Srovnání účinného průřezu reakce 197Au(n,2n) 196Au s EXFOR a TALYS Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala Srovnání ÚJF, TSL - Závěr

Výsledky z ÚJF a TSL Srovnání účinného průřezu reakce 197Au(n,6n) 192Au s EXFOR a TALYS - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr

Výsledky z ÚJF a TSL Srovnání účinného průřezu reakce 209Bi(n,4n) 206Bi s EXFOR a TALYS - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr

Závěr Děkuji za pozornost v letech 2008-2010 bylo uskutečněno jedenáct měření účinných průřezů byl pokryt energetický rozsah od 18 MeV do 94 MeV v mnoha případech jsme pozorovali dobrý souhlas mezi našimi daty, daty z databáze EXFOR a kódem TALYS dřívější měření z ÚJF a TSL jsou nyní kompletně zpracována a výsledky byly publikovány na workshopu EFNUDAT – Slow and Resonance neutrons v roce 2009 v Budapešti a na International Conference on Nuclear Data for Science and Technology v dubnu 2010 v Jižní Koreji z posledního měření jsou nyní prezentována pouze předběžná data posledním měřením jsme pokryli energetický rozsah 59-89 MeV, ve kterém nebyla doposud dostupná žádná experimentálně změřená data - Motivace Detekce neutronů Vyhodnocení Korekce Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Odečet pozadí - ÚJF Řež - TSL Uppsala - Srovnání ÚJF, TSL - Závěr Děkuji za pozornost