Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Detektory aktywacyjne w pomiarach widm neutronów z reakcji termojądrowych oWidma neutronów oAktywacyjne pomiary widm neutronów oPrzekroje czynne i szybkości.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Detektory aktywacyjne w pomiarach widm neutronów z reakcji termojądrowych oWidma neutronów oAktywacyjne pomiary widm neutronów oPrzekroje czynne i szybkości."— Zapis prezentacji:

1 1 Detektory aktywacyjne w pomiarach widm neutronów z reakcji termojądrowych oWidma neutronów oAktywacyjne pomiary widm neutronów oPrzekroje czynne i szybkości reakcji oEfekty samoprzesłaniania neutronów oSpektrometryczne pomiary aktywności detektorów aktywacyjnych oDekonwolucja widm neutronowych oDobór zestawu detektorów aktywacyjnych do pomiarów PF K. Pytel, R. Prokopowicz

2 2 Widma neutronów Neutrony reaktorowe ütermiczne - w równowadze termicznej z moderatorem; energie do kilkuset meV; rozkład Maxwella - kT n = eV üepitermiczne o energiach od kilkuset meV do kilkuset keV üprędkie (rozszczepieniowe) o średnich energiach rzędu 1 2 MeV; kT n 1.29 MeV

3 3 Widma neutronów Neutrony emitowane z reakcji termojadrowych üD-D MeV D-T MeV üw stanie równowagi termodynamicznej z izotropowym rozkładem prędkości reagentów rozmycie gaussowskie energii neutronów üw układach PF inne czynniki wpływają na widmo (brak pełnej równowagi, anizotropia)

4 4 Widma neutronów Cel pomiaru widm neutronów üPełne widmo - weryfikacja obliczeń transportowych, określenie parametrów wejściowych do numerycznego modelowania procesów fizycznych z oddziaływaniem neutronów üWidmo przetworzone (najczęściej całkowane z przekrojami czynnymi) - przewidywanie szybkości reakcji, zmian materiałowych (dpa), weryfikacja obliczeń transportowych poprzez porównanie obliczonych i zmierzonych odpowiedzi detektorów üOkreślenie parametrów widmowych (przesunięcie maksimum na skutek anizotropii w układach PF, poszerzenie dopplerowskie) - diagnostyka procesów, w wyniku których emitowane są neutrony

5 5 Aktywacyjne pomiary widm neutronów Widmo energetyczne neutronów: - gęstość strumienia neutronów [n/cm 2 s] w przedziale energii Szybkości reakcji (prawdopodobieństwa, że jądro ulegnie reakcji w jednostce czasu) dla poszczególnych folii: Zestaw folii aktywacyjnych z różnymi, mikroskopowymi przekrojami czynnymi na reakcje z neutronami Na podstawie pomiarów aktywności detektorów określa się eksperymentalne wartości i odtwarza postać widma

6 6 Aktywacyjne pomiary widm neutronów Napromienianie zestawu folii aktywacyjnych Schładzanie i transport folii do układu pomiarowego Pomiar aktywności produktów aktywacji Odtworzenie (dekonwolucja) widma neutronów lub parametrów widmowych

7 7 Przekroje czynne i szybkości reakcji Reakcje jądrowe neutronów: (n, ), (n,p), (n,n ), (n, ), (n,f) i powstawanie izotopów promieniotwórczych, np.: Poniżej 0.1 MeV w przekrojach czynnych występują izolowane rezonanse Dla wyższych energii przekroje czynne mają charakter progowy tj. zanikają poniżej pewnej wartości

8 8 Efekty samoprzesłaniania neutronów Pochłanianie neutronów w detektorze powoduje zaburzenie strumienia W przybliżeniu współczynnik samoprzesłaniania dla pojedynczej folii o makroskopowym przekroju czynnym na pochłanianie : Dla folii Au o grubości 1 mm i reakcji (n,n ) z neutronami 2.45 MeV współczynnik W przypadku zestawu wielu folii przeprowadza się obliczenia efektu samoprzesłaniania za pomocą kodu MCNP

9 9 Spektrometryczne pomiary aktywności Rozpad promieniotwórczy produktów reakcji, np. : d keV keV d keV keV Efekt samopochłaniania i rozpraszania fotonów w foliach i ich (ewentualnym) opakowaniu - zastosowanie modelowania Monte-Carlo

10 10 Spektrometryczne pomiary aktywności Zastosowanie detektorów germanowych o wysokiej rozdzielczości fotopiku (przykładowe widmo gamma)

11 11 Spektrometryczne pomiary aktywności Zestaw pomiarowy z detektorem HPGe: analizator naczynie Dewara z ciekłym azotem domek osłonowy detektor HPGe

12 12 Spektrometryczne pomiary aktywności Typy detektorów HPGe koaksjalnywnękowy

13 13 Dekonwolucja widm neutronowych Przejście od aktywności folii do szybkości reakcji ; należy uwzględnić: ümasy i gęstości folii üczasy napromieniania i schładzania üefekt samoprzesłaniania neutronów w zestawie folii üefekt samopochłaniania fotonów w zestawie Odtworzenie widma neutronów sprowadza się do rozwiązania układu N równań: na jedną funkcję niewiadomą

14 14 Dekonwolucja widm neutronowych Standardowe kody do odtwarzania widm neutronowych: Zalecane stosowanie algorytmów przeznaczonych do danego typu widm; opracowanie nowych (np.: algorytm wariacyjny, zmodyfikowany algorytm kodu SAND - opracowywane w IEA) Wspomagające obliczenia Monte-Carlo: üJako pierwsze przybliżenie w algorytmach iteracyjnych üDo weryfikacji C/E üSAND-II i zmodyfikowany MSANDB üLSL-M2 (logarytmiczna metoda najmniejszych kwadratów) üSTAYNL (liniowa metoda najmniejszych kwadratów) üMIEKEB (fit Monte Carlo)

15 15 Dekonwolucja widm neutronowych Przykład dekonwolucji widma (w instalacji reaktorowej) za pomocą dwóch różnych algorytmów - brak jednoznacznego rozwiązania

16 16 Dekonwolucja widm neutronowych Możliwości określenia parametrów widmowych układu PF za pomocą detektorów aktywacyjnych Pik gaussowski, stałe przekroje czynne w obszarze piku - możliwość określenia całkowitej intensywności źródła neutronów (całka pod pikiem) Przesunięty pik gaussowski, liniowe przekroje czynne - możliwość określenia wielkości przesunięcia

17 17 Dekonwolucja widm neutronowych Pik gaussowski, nieliniowe przekroje czynne - możliwość określenia szerokości połówkowej kT Podwójny (wielokrotny) pik gaussowski, co najmniej liniowe przekroje czynne - możliwość określenia udziałów poszczególnych pików (szerokość połówkowa ustalona)

18 18 Dekonwolucja widm neutronowych Weryfikacja widma neutronów, odtworzonego z pomiarów detektorami aktywacyjnymi üSpektrometr TOF (metoda czasu przelotu) na układach PF üSpektrometry TOF i MPR (magnetyczny protonów odrzutu) na JET Dopasowanie widma: TH - człon termiczny ET, HE - 2 składniki epitermiczne SC - neutrony z rozproszeń

19 19 Dekonwolucja widm neutronowych Źródła błędów üBłędy pomiarowe (statystyka zliczeń, niepewność krzywej wydajności) üBłędy w obliczeniach współczynników samoprzesłaniania neutronów i samopochłaniania fotonów üNiepewności przekrojów czynnych na reakcje jądrowe i parametrów rozpadu promieniotwórczego üNiejednoznaczność procesu dekonwolucji Wartości C/E (obliczenia wykonywane za pomocą kodu MCNP) dla szeregu detektorów aktywacyjnych, używanych w JET mieszczą się w granicach:

20 20 Procedura doboru zestawu detektorów do eksperymentów na PF-1000 Nuklidy promieniotwórcze Odpowiedni czas połowicznego rozpadu Odpowiednia energia kwantów Powstawanie w wyniku reakcji z neutronami Wysoki przekrój czynny Detektory aktywacyjne

21 21 Wartości czasu połowicznego rozpadu Transport zaaktywowanych folii do detektora 1.poczta pneumatyczna czas schładzania 1sek., czas pomiaru 5min. T ½ od 0,5 sek. do 5 h 2.brak poczty pneumatycznej ręczne przenoszenie folii do detektora czas schładzania 40 sek., czas pomiaru 5 min. T ½ od 5 sek. do 5 h 3.brak poczty pneumatycznej transportowanie folii do odległego detektora (np. w Świerku) czas schładzania 2 h, czas pomiaru 10 h T ½ od 0,5 h do 5 d

22 22 Wydajność detektora germanowego Przykładowa wydajność koaksjalnego detektora germanowego

23 23 Przekroje czynne

24 24 Ilość emitowanych fotonów przyjęte założenia: S n = R = 0,3 m ( t = 8, cm -2 ) t strzału 0 t c = 1 s, 40 s, 2 h; t p = 5 min., 10 h Ilość fotonów o danej energii wyemitowanych z jednostki masy danego pierwiastka w czasie od t c do t p : Ilość zliczeń kwantów z danego i zotopu w detektorze germanowym:

25 25 Wytypowane izotopy reakcja (2,45MeV) N1N1 N2N2 N3N3 79 Br(n,n ) 79 Br1, Au(n,n ) 197 Au2, Hf(n,n ) 177 Hf2, Hf(n,n ) 178 Hf2, Hf(n,n ) 179 Hf2, Hf(n,n ) 180 Hf2, Y(n,n ) 89 Y1, In(n,n ) 113 In1, In(n, n ) 115 In1, Sr(n,n ) 87 Sr0, Cd(n,n ) 111 Cd1, Er(n,n ) 167 Er1, Pb(n,n ) 207 Pb1,310000

26 26 Wytypowane izotopy reakcja (14,1MeV) N1N1 N2N2 N3N3 79 Br(n,n ) 79 Br1, In(n,n ) 113 In1, Mg(n,p) 24 Na0, Al(n,p) 27 Mg0, Al(n, ) 24 Na 0, Y(n,n ) 89 Y0, Au(n,n ) 197 Au0, Er(n,n ) 167 Er1, Fe(n,p) 56 Mn0, Hf(n,n ) 178 Hf0, Hf(n,n ) 180 Hf0, Ti(n,p) 48 Sc0, Si(n,p) 28 Al0,


Pobierz ppt "1 Detektory aktywacyjne w pomiarach widm neutronów z reakcji termojądrowych oWidma neutronów oAktywacyjne pomiary widm neutronów oPrzekroje czynne i szybkości."

Podobne prezentacje


Reklamy Google