Aktivační měření účinných průřezů prahových reakcí neutronů Katedra jaderných reaktorů, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT, Praha Ústav jaderné fyziky, OJS, AVČR Aktivační měření účinných průřezů prahových reakcí neutronů Diplomová práce Vrzalová Jitka 16.6.2010 Vedoucí práce: RNDr. Vladimír Wagner, CSc.

Zadání - Motivace - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr Vypracovat přehled knihoven jaderných dat a kódů pro modelování jaderných dat Porovnat hodnoty účinných průřezů z měření v Řeži a v TSL Uppsala Pomocí kódu TALYS vypočítat účinné průřezy prahových reakcí neutronů za použití různých jaderných modelů Vytvořit přehled kvazi-monoenergetických neutronových zdrojů použitelných pro měření účinných průřezů prahových reakcí neutronů

Motivace - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr k testování programů simulujících ADS je nutno určovat neutronová pole neutronová pole lze určit pomocí aktivačních detektorů pro detekci neutronů jsou využívány zejména prahové reakce na Au, Al, Bi, In, Ta, Ni, Zn, Y při energiích nad 20 MeV je k dispozici velmi málo experimentálních hodnot σ pro většinu pozorovaných prahových (n,xn) reakcí→potřeba provést nová měření účinných průřezů

Evaluované knihovny jaderných dat x EXFOR Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měřeni účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr jaderná data jsou zkomplementována v knihovnách jaderných dat a postupně aktualizována v obecném formátu ENDF-6 obecné knihovny (BROND-ruská, CENDL-čínská, ENDF-americká, JEFF- evropská, JENDL-japonská) speciální knihovny (MENDL, WIND, LA 100, LA 150, NRG-2003) účinné průřezy jsou pro velkou část měřených izotopů publikovány do reakce (n,4n) (100MeV) v ENDF, v EXFOR do 40 MeV

Stochastické kódy MCNP a MCNPX LAHET - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů - Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr MCNP a MCNPX MCNP umožňuje modelovat transport neutronů (fotonů a elektronů) od 10-11 MeV až do 20 MeV MCNPX-spojuje a zlepšuje možnosti MCNP, který je přednostně určen pro nižší energie a kódu LAHET, vhodného pro popis spalačních reakcí LAHET umožňuje modelovat spalační reakce a transport nukleonů, pionů, mionů s energií E≥20 MeV Další kódy založené na matematické metodě Monte Carlo: FLUKA, HETC, NUCLEUS, SHIELD, NMTC, GEM, JAM

Deterministické kódy TALYS 1.0 - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr TALYS 1.0 poskytuje univerzální výpočty jaderných reakcí v energetickém rozsahu od 1 keV do 200 MeV, někdy na úkor přesnosti s kódem TALYS lze získat kompletní přehled účinných průřezů výstupní soubor obsahuje všechny běžně hledané informace, k dispozici je více než 200 klíčových slov použitelných ve vstupním souboru Další kódy: GNASH, ALICE, STAPRE, EMPIRE, MEND

TALYS 1.0 – jaderné modely - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr ld1 - Fermiho model ld2 - „zpětně posunutý“ Fermiho model ld3 - „supratekutý“ model ld4 - Gorielyho tabulka ld5 - Hilaireyho tabulka Účinný průřez reakce 209Bi(n,3n)207Bi spočítaný pro různé hustoty jaderných hladin

TALYS 1.0 – jaderné modely Odchylka účinných průřezů pro modely s různou hustotou jaderných hladin od přednastaveného Fermiho modelu pro reakci 209Bi(n,3n)207Bi - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr

Detekce neutronů Al Au Bi Co In Ta Reaction E thresh [MeV] Half-life 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 y 209Bi (n,4n) 206Bi 22,55 6,243 d 115In (n,2n) 114In 9,12 1,2 min - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr Al Au Bi Co In Ta

Vyhodnocení rozpad během ozařování, měření nestabilita svazku mrtvá doba detektoru rozpad mezi koncem ozařování a začátkem měření plocha píku - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr použité korekce rozpad během ozařování rozpad během ozařování, měření nestabilita svazku koincidence nebodové zářiče mrtvá doba detektoru účinnost detektoru samoabsorpce

Měření účinných průřezů - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr Požadavky pro měření σ metodou aktivace: vysokoenergetický neutronový zdroj s dobrou intenzitou monoenergetické (kvazi-monoenergetické)! neutrony, dobře známé spektrum dobré spektroskopické vlastnosti g detektorů plocha fólie hmotnostní číslo Lze spočítat Nyield a nakonec : Avogadrova konstanta Proces vyhodnocení: Ozařování→HPGe→Deimos→Korekce→Výtěžek→Účinný průřez počet neutronů v píku

Zdroje neutronů - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr zdroj s širokým spektrem neutronů -metoda time of flight- určení energie jednotlivých neutronů z doby letu (zařízení n_TOF v CERN), nevhodné při využívání aktivačních fólií zdroj kvazi-monoenergetických neutronů - vhodný terč + urychlovač částic - častý zdroj 7Li(p,n)7Be, 2H(d,n)3He zdroj CYRIC s rozsahem 40 až 90 MeV v „Cyclotron and Radioisotope Center“ v Tohoku připravovaný zdroj SPIRAL-2 v laboratoři GANIL v Caen ve Francii (rozsah do 40 MeV, vysoká intenzita)

Zdroje neutronů - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr Blue Hall, Uppsala Kvazi-monoenergetický neutronový zdroj Neutronový zdroj na cyklotronu U-120M

Experimenty v Řeži - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr duben, květen 2009, ozařování fólií na cyklotronu U-120M rozměr fólií od 1,5x1,5 cm2 do 3x3 cm2, tloušťka fólií od 50 μm do 1 mm energie protonového svazku 32,5 a 37 MeV ozařovací doba 20 h.,ozařované fólie: Ni, Zn, Bi, Cu, In, Al, Au, Ta, Fe a vzorek obsahující I po ozařování měřeny HPGe detektorem (doba transportu fólií kolem 15 minut)

Experimenty v Řeži Znormalizovaný počet neutronů ve svazku a účinné průřezy izotopů - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr

Experimenty v Uppsale únor 2010, červen 2008 energie protonových svazků 25, 50, 100 MeV (červen 2008); 62, 70, 80 a 93 MeV (únor 2010) doba ozařování kolem 8h.,ozařované fólie: Au, Bi, In, Al, Ta, Co, Y a vzorek s I - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr doba transportu fólií asi 2 minuty

Experimenty v Uppsale únor 2010 umístění vzorků vůči detektoru - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr únor 2010 ozařované vzorky

Srovnání Řež, Uppsala Porovnání účinného průřezu reakce (n,2n) izotopu 197Au s EXFOR a TALYS - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr ÚJF Řež TSL Uppsala

Srovnání Řež, Uppsala Porovnání účinného průřezu reakce (n,xn) natIn s EXFOR a TALYS - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr ÚJF Řež TSL Uppsala

Srovnání Řež, Uppsala Porovnání účinného průřezu reakce (n,2n) 64Zn s EXFOR a TALYS - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr ÚJF Řež

Závěr Děkuji za pozornost - Motivace Úvod Knihovny Stochastické a deterministické kódy Detekce neutronů Vyhodnocení - Měření účinných průřezů - Zdroje neutronů -Experimenty-Řež - Experimenty- Uppsala - Srovnání Řež, Uppsala - Závěr zpracovala jsem výsledky měření v Řeži (duben, květen 2009) podílela jsem se na experimentech v TSL Uppsala a připravila vzorky pro měření měření v Uppsale a v Řeži pokrývá široké spektrum energií naše výsledky pro dobře známé účinné průřezy odpovídají dalším experimentálním datům naměřili jsme množství nových dat výsledky své práce jsem prezentovala v dubnu na konferenci v Liblicích. Děkuji za pozornost