tivé reakce jako intenzivní zdroj neutron pro ADTT

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "tivé reakce jako intenzivní zdroj neutron pro ADTT"

Sára Novotná
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 T íštiv tivé reakce jako intenzivní zdroj neutron pro ADTT A.Kugler NPI Rez, Czech Republic A.Kugler základní charakteristiky jaderných reakcí r zné projektily, mechanismus, složené jádro, specifika t íštivých reakcí vnitrojaderná kaskáda, p edrovnovážná emise, exciton model, vypa ování a d lení složeného jádra, koncové produkty reakce na tenkém ter i výt žky neutron, jejich energie a úhlové rozložení, reakce v tlustém ter i mezijaderná kaskáda, dob h projektilu, zjednodušný model výpo tu rozložení výt žk neutron okolo ter e literatura

2 Základní charakteristiky jaderných reakcí Energie v t žiš ové soustav - E CM Redukovaná hmotnost - µ ~ A 1 A 2 /(A 1 +A 2 ) Polom r ter ového jádra - R vlnová délka =h/ (2µ E CM ) << R Parametr srážky b Úhlový moment - L ~ p b ~ b / Diferenciální ú inný pr ez v geometrickém limitu (black body) (b) = 2 b db (L)= 2 (2L+1), Obecn transmisní koeficienty T L 1 = 2 (2L+1) T L Hodnota totálního ú inného pr ezu reakcí s jádrem bude p ibližn rovna pr ezu jádra tedy σ ~ m 2 = 1 barn (p edpoklad blízkosti ú inného pr ezu geometrickému).

5 P i hluboce nepružných reakcích dochází k záchytu projektilu, vyrovnání teplot obou fragment a vyrovnání N/Z pom ru. Pro Vysoké hodnoty úhlového momentu dvoujaderného systému vede k nestabilit a celý systém se po pooto ení rozpadá na dva projectile-like a target-like fragmenty s kinetickou energií danou kulombickým odpuzováním, proces p ipomíná d lení. Reakce vede k vytvo ení vzbuzených rotujících fragment, které se zbavují energie vypa ováním ástic (neutron, alfa) a úhlového momentu emisí E2 gamma kaskády podél Yrast linie. Charakteristická je souvislost mezi úhlem pooto ení a stupn m termalizace disipace kinetické energie projektilu pojem viskozity v kapkovém modelu, resp. zm nou N/Z (velmi rychlé) atd. Hluboce nepružné reakce

6 Hluboce nepružné reakce, experiment I

7 Hluboce nepružné reakce, experiment II

8 !"# # $%%%%%%%%%%%%%%%%%%%& '#!#() )*+, '+ $$-

10 Reakce f ze vede k vytvo ení vysoce vzbuzeného rotujícího složeného jádra, které se zbavuje energie vypa ováním ástic (neutron, alfa) a úhlového momentu emisí E2 gamma kaskády podél Yrast linie. Pro vysoké hodnoty úhlového momentu nestabilita v i rotaci (kapkový model) vede k d lení složeného jádra (fusion-fission). Obdobn i vysoká hodnota excita ní energie m že vést k d lení. Pro celkový reak ní ú inný pr ez platí = 2 (2L+1) = 2 (L crit +1) 2 = R 2 F (1- V(R F ) / E CM ) Fusion interaction barrier V(R F ) Z 1 Z 2 / R F MeV, R F = A 1 1/3 + A 2 1/3 fm F ze

11 D lení t žkých ter ových jader Fusion-fission DI-fission Všechny typy reakcí vedou k d lení bu složeného jádra (fusion-fission) nebo ter ového fragmentu, pro celkový reak ní ú inný pr ez platí p ibližný vztah = R GR 2 (1- V(R GR ) / E CM )= 2 (L GR +1) 2 V(R GR )= Z 1 Z 2 / R GR MeV, R GR = 1.44 (A 1 1/3 + A 2 1/3 ) fm

12 Spektra neutron z t íštivé reakce Rovnovážná složka Experiment (tenký ter ), a srovnání s výpo ty pomocí Bertini INC (LAHET) a nov jší Cugnon INC (MCNPX). Isotropic emission A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

13 .// #4 Deexcitace vysoce vzbuzeného složené jádro s malým úhlovým momentem vede k izotropní emisi množství neutron. P ípadn d lení vede op t k vytvo ení vysoce vzbuzených fragment emise neutron neutrons Celkový po et neutron E* (MeV) / 10

14 Spektra neutron z t íštivé reakce P edrovnovážná složka Experiment (tenký ter ), a srovnání s výpo ty pomocí Bertini INC (LAHET) a nov jší Cugnon INC (MCNPX). Anisotropic emission A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

15 P edrovnovážné etapy t íštivých reakcí Internuclear cascade, Exciton model

16 T íštivé reakce vytvá í po vnitrojaderné kaskád a p edrovnovážné emisi odnášející ást energie primárního protonu zbývá vysoce vzbuzené složené jádro s malým úhlovým momentem a E* < E P vypa ení množství neutron, p ípadn d lení a vypa ení neutron s vysoce vzbuzených fragment energie primárního protonu není celá použita na excitaci složeného jádra, pro po et neutron platí empirický vztah N=A T *( *ln(E P ))

17 Yields of isotopes produced from spallation reactions experiment versus different codes A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

18 Yields of isotopes produced from spallation reactions detailed experiment data A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

19 Dob h proton v tlustém ter i Energie svazku klesá E P, díky ioniza ním ztrátám de/dx (Bethe-Bloch formule) Fit grafu v Table of Isotopes-7th edition dává pro Wolfram R~exp( *ln(E P )) [cm], => lze ur it závislost E P [GeV] ~ x [cm] P esn jší je Monte-Carlo simulace 1,2000 1,0000 0,8000 0,6000 E P 0,2000 0,4000 0,0000 0,000 3,379 6,720 10,020 13,273 16,472 19,607 22,664 25,619 28,424 30,861 position cm R A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

20 Intenzita protonového svazku v tlustém ter i Pruchod ástic materiálem: interagující ástice zmizí ze svazku: N P (x) = N 0 * exp(n j σ x ) = N 0 * exp(-x/ ), st ední volná dráha = 1 / (n j σ), po et jader v ter i na jednotku plochy n j, ú inný pr ez reakce = R 2 ~ cm 2 = 1 barn ~200 [g/cm 2 ] => 200 / 19.3 => ~ 10.4 [cm] pro Wolfram A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

21 Výt žek neutron z Wolframového tlustého ter e, model Energie svazku klesá E P, díky ioniza ním ztrátám dob h proton ve Wolframu je 1,2000 1,0000 R~exp( *ln(E P )) [cm], lze ur it závislost E P [GeV] ~ x [cm] 0,8000 0,6000 Pr chod ástic materiálem: interagující ástice zmizí ze svazku: N P (x) = N 0 * exp(-x/ ), ~ 10.4 [cm] pro Wolfram E P 0,4000 0,2000 0,0000 0,000 3,379 6,720 10,020 13,273 16,472 19,607 22,664 25,619 28,424 30,861 position cm ú inný pr ez pro produkci neutron v t íštivé reakci, R N (E P )=A T *( *ln(E P )) Výt žek neutron v interak ním bod N(x) = N (E P ) * N P (x) * n j A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

22 Výt žek neutron z tlustého ter e, zjednodušený model Po et neutron produkovaných v interak ním bod sumárn na povrchu ter se zapo tením p ísp vk Ne utro ns pe r cm protony 1GeV, Ter z Wolframu 10 Celkový po et neutron / energie proton Neutrons pe r GeV Ter z Wolframu 1 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000 45,000 50,000 0, GeV , ,001 A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

23 Ur ení toku neutron aktiva ní metodou P íklad spektra zá ení gama ozá ené fólie hliníku, prahová reakce 27 Al(n, ) 24 Na Experimentální a nasimulovaná produkce radioaktivních jader podél olov ného ter e (svazek E p =885 MeV)

24 Výt žek neutron z tlustého ter e, experiment A.Kugler NPI Rez, Czech Republic

25 Literatura 1. P.E.Hodgson, E.Gadioli and E.Gadioli Erba, Introductory Nuclear Physics, Oxford University Presss, 1997, ISBN V.V.Volkov, Yadernye reakcii glubokoneuprugich peredacz, Energoizdat,1982 (in russian) 3. A.Kugler, V.Wagner, C.Filip, Experimental study of neutron fields produced in proton reactions with heavy targets, 3 rd INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACELERATOR DRIVEN TRANSMUTATION TECHNOLOGIES AND APLICATIONS. (ADTTA99) 4. J.Cugnon et al. Nucl.Phys.A625(1997) Jose Benlliure Basic nuclear data at high and intermediate energy for accelerator-driven systems, NuPECC workshop on Impact, Applications and Interactions of Nuclear Science, Dourdan, France November M. Bernas et al., "FISSION RESIDUES PRODUCED IN THE SPALLATION REACTION 238U + p at 1 A GeV, Nucl. Phys. A 725 (2003) J. Taieb et al., EVAPORATION RESIDUES PRODUCED IN THE SPALLATION REACTION 238U + p at 1 A GeV, Nucl. Phys. A 724 (2003)

Podobné dokumenty

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál ty i hlavní typy nepružných srážkových proces pr chodu energetických