Detektorfejlesztés a késő neutron kibocsájtás jelenségének szisztematikus vizsgálatához. Kiss Gábor MTA Atomki és RIKEN Nishina Center

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Detektorfejlesztés a késő neutron kibocsájtás jelenségének szisztematikus vizsgálatához. Kiss Gábor MTA Atomki és RIKEN Nishina Center"

Anikó Törökné
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Detektorfejlesztés a késő neutron kibocsájtás jelenségének szisztematikus vizsgálatához Kiss Gábor MTA Atomki és RIKEN Nishina Center

2 A késő neutron kibocsájtás felfedezése R. B. Roberts, R. C. Meyer és P. Wang Neutronokkal urán-nitrát mintát sugároztak be Physical Review 55, 510 (1939)

Ezen neutronok energiája kevesebb 1 MeV-nél (valószínűleg körülbelül 500 kev) A késő neutron kibocsájtás

3 További (korai) kísérleti eredmények R. B. Roberts, L. R. Hafstadt, R. C. Meyer és P. Wang Physical Review 55, 664 (1939) Késő neutronok megjelenése függ a bombázó neutronok energiájától! Ezen neutronok energiája kevesebb 1 MeV-nél (valószínűleg körülbelül 500 kev) A késő neutron kibocsájtás nemcsak az urán jellemzője! A jelenség első elméleti értelmezése: Bohr-Wheeler folyadékcsepp modell (N. Bohr, J. A. Wheeler, Physical Review (1939)

4 Késő neutron kibocsájtás értelmezése Béta bomlás a leánymag neutron szeparációs energiája feletti nívókra vezet.

A 235 U mag hasadása Egy 235 U mag hasadását átlagosan 2,47 prompt neutron kíséri A hasadványok eloszlása: Átlagosan 0,0065 további késő neutron követi a 235 U mag hasadását -

5 A 235 U mag hasadása Egy 235 U mag hasadását átlagosan 2,47 prompt neutron kíséri A hasadványok eloszlása: Átlagosan 0,0065 további késő neutron követi a 235 U mag hasadását - Elhanyagolható szerep az energiatermelésben; - Kulcsszerep a reaktor szabályozásában; - Szerep játszanak a reaktorhő számolásban A. Tobias, Decay Heat, Prog. Nucl. Ener. 5 1 (1980)

6 csoport formula csoport Lehetséges előfutár magok Átlagos neutron energia [MeV] Átlagos felezési idő [s] Késő neutron hányad [%] 233 U 235 U 239 Pu 233 U 235 U 239 Pu 1 87 Br, 142 Cs 0,25 55,0

2,3 2,13 0,0730 0,252 0,0685 5 140 I, 145 Cs 0,42 0,615 0,61 0,618 0,0135 0,074 0,018 6 Br, Rb, As, stb 0,277 0,23 0,257 0,0087 0,027 0,0093 OECD-NEA (1990-2002): Teljes késő neutron hányad [%] 0,26

6 6 csoport formula csoport Lehetséges előfutár magok Átlagos neutron energia [MeV] Átlagos felezési idő [s] Késő neutron hányad [%] 233 U 235 U 239 Pu 233 U 235 U 239 Pu 1 87 Br, 142 Cs 0,25 55,0 55,72 54,28 0,0226 0,021 0, Br, 137 I 0,56 20,57 22,72 23,4 0,0786 0,140 0, Br, 93,94 Rb, 138 I 0,43 5,0 6,22 5,60 0,0658 0,126 0, ,94 Kr, 90,92 Br, 139 I, 143 Xe 0,62 2,13 2,3 2,13 0,0730 0,252 0, I, 145 Cs 0,42 0,615 0,61 0,618 0,0135 0,074 0,018 6 Br, Rb, As, stb 0,277 0,23 0,257 0,0087 0,027 0,0093 OECD-NEA ( ): Teljes késő neutron hányad [%] 0,26 0,65 0,21 Godiva (Los Alamos)-kísérletek: Néhány (2-5) gramm hasadóanyag, pneumatikus mozgatás Nagy intenzitású neutronforrás (árnyékolatlan reaktor) Késő neutronhozam mérés proporcionális számlálóval A késő neutron hozamok 6 exponenciális függvénnyel leírhatóak Javaslat a 87,88 Br és 137 I magok külön csoportba (8) foglalására G. R. Keepin, T. F. Wimett, R. K. Zeigler Physical Review (1957) G. Rudstam, Ph. Finck, A. Filip, A. D'Angelo, R.D. McKnight, Delayed Neutron Data for the Major Actinides, Volume 6, NEA/WPEC-6, NEA/OECD, Paris, France, 2002.

Gyorsítós kísérletek A modern radioaktív nyalábot előállító gyorsítókkal a késő neutron kibocsájtó magok megfelelő intenzitással termelhetőek, bomlási paramétereik különkülön vizsgálhatóak!

7 Gyorsítós kísérletek A modern radioaktív nyalábot előállító gyorsítókkal a késő neutron kibocsájtó magok megfelelő intenzitással termelhetőek, bomlási paramétereik különkülön vizsgálhatóak! Számos mérés NERO (National Superconducting Cyclotron Laboratory, USA) TETRA (Institut de Physique Nucléaire Orsay, Franciaország) 3Hen (Oak Ridge National Laboratory, USA) IAEA ( ): Javaslat CRP (coordinated research project) indítására IAEA INDC(NDS)-0599 (2011); INDC(NDS)-643 (2013); INDC(NDS)-683 (2015)

8 IAEA adatbázis Azonosított késő neutron kibocsájtó magok száma: ~ 240 db 1 neutron ~ 18 db szimultán 2 neutron ~4 db szimultán 3 neutron Kibocsájtási valószínűségek kevéssé ismertek! 240 / 122 (~50%) 18 / 4 (~22%) 4 / 1 (~25%) Pn értékek továbbá fontosak: - Nukleáris asztrofizika (r folyamat) - Magszerkezet (béta erősség a szeparációs energia felett) P n [%] Ga tömegszám P1n - mérés P2n - mérés P1n - elmélet P2n - elmélet p3n - elmélet Még a legmodernebb (2005 utáni) elméleti modellek sem képesek reprodukálni a kísérleti adatokat melyek sokszor nagy hibával ismertek.

Proporcionális számlálós mérések 3 He töltésű proporcionális számlálók Termikus neutron detektálása n+ 3 He p + 3 H + 765 kev Elvárás Számlálócsövek száma Hatásfok [%] Energia

9 Proporcionális számlálós mérések 3 He töltésű proporcionális számlálók Termikus neutron detektálása n+ 3 He p + 3 H kev Elvárás Számlálócsövek száma Hatásfok [%] Energia függés [%] Hatásfok 1MeV) Flattness (< 1 MeV) Rugalmas felépítés (+ HPGe) HPGe NERO 60 43,1 15,7 Nincs TETRA 80 61,1 13,3 Van 3Hen 48 36,8 10,3 Van BELEN 20 46,2 6,3 Nincs

10 Briken együttműködés rendelkezésre álló hardware ORNL (Oak Ridge National Lab. USA) NPL (National Physics Lab. UK) IFIC & UPC (Spanyolo.) RIKEN (Japán) JINR (Oroszo.) Rendelkezésre álló 3 He gázzal töltött proporcionális számlálók jellemzői: Gyártó LND Ge Reuter- Stokes Nyomás [atm] Átmérő [cm] Hossz [cm] +2 Eurisys clover HPGe detektor Aktív hossz [cm] Rendelkezésre áll 8 2,54 67, ,54 67, ,55 74,6 60, ,08 69,79 60, ,54 39, , Összesen: 174

11 Detektor szimuláció - paraméterek Efficiency: Flattness: Neutron eloszlás a moderátorban:

80 Eredmények 75 Hatásfok [%] 70 65 60 55 166 számláló 148

10-2 10-1 10 0 10 1 h0: az első gyűrű implantációs detektortól

12 80 Eredmények 75 Hatásfok [%] számláló 148 számláló + 2 HPGe 88 Br E n = MeV; Pn = 6.75 (0.18)% 137 I E n =0.625 MeV; Pn = 7.33 (0.38)% 252 Cf 124 Sb-Be Am-Be Koncentrikus 10-4 gyűrűk: h0: az első gyűrű implantációs detektortól való távolsága Neutron energia [MeV] fr: két egymást követő gyűrű távolsága nr: gyűrűn elhelyezett detektorok száma

RIKEN mérés 2017 során Kr Br Sr Rb Mo Nb Zr Y Ru Tc

13 Kitekintés Se As Zöld: kísérleti P1n adat Piros: P1n felső határ Fekete: kísérleti P2n adat Kék vonal: RIKEN mérés 2017 során Kr Br Sr Rb Mo Nb Zr Y Ru Tc Pd Rh Cd Ag Sn In Te Sb Xe I Ba Cs Ce La Sm Pm Nd Pr Eu

14 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Maghasadás (fisszió)

http://www.etsy.com Maghasadás (fisszió) 1939. Hahn, Strassmann, Meitner neutronbesugárzásos kísérletei U magon új reakciótípus (maghasadás) Azóta U, Th, Pu (7 izotópja) hasadási sajátságait vizsgálták