prezentacija - Reaktorski center Podgorica
Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Določanje nevtronskega spektra z aktivacijsko metodo Specialistični seminar Vladimir Radulovič mentor: dr. Robert Jeraj 20.04.2010 Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Vsebina 1 Uvod 2 Detekcija nevtronov 3 Spektrometrija z aktivacijsko metodo 4 Določanje spektra 5 Uporaba 6 Zaključek Določanje spektra Uporaba Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Zakaj nas zanima spekter nevtronov? JET Joint European Torus - JET, v Culhamu blizu Oxforda Zelo močan fluks visokoenergijskih nevtronov Energija nevtronov pri DD reakciji 2.45MeV , pri DT reakciji pa 14.1MeV Nevtroni nastajajo iz reakcij: Tokamak JET Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Zakaj nas zanima spekter nevtronov? JET Spremembe v prvi steni zaradi obsevanja z nevtroni 1 2 jedrske reakcije ⇒ aktivacija, nastanek nečistoč, nastajanje tritija dislokacije ⇒ povečanje krhkosti Depozicija energije v materialu Preverjanje točnosti jedrskih podatkov ter geometrijskega modela pri Monte Carlo izračunih Notranjost tokamaka JET - na desni strani med obratovanjem Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Zakaj nas zanima spekter nevtronov? FNG Frascati Neutron Generator FNG, v Frascatiju blizu Rima Izvor visokoenergijskih nevtronov za eksperimentalno delo v zvezi s fuzijo Pozitivno nabite devterone pospešujejo v tarčo, ki vsebuje tritij, nevtroni nastajajo iz zlitja T (d, n)α Generator nevtronov v Frascatiju Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Zakaj nas zanima spekter nevtronov? FNG FNG: "benchmark"eksperimenti za preveritev jedrskih podatkov, ki jih uporabljamo pri Monte Carlo izračunih Pomembna je informacija spreminjanju nevtronskega spektra v notranjosti modela Primer na desni: nevtronski ščit, ki bo vgrajen v ITER, sestavljen iz plasti jekla ter pleksi stekla Računalniški model ščita, ki so ga obsevali na FNG Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Zakaj nas zanima spekter nevtronov? TRIGA reaktor TRIGA = Training, Research, Isotopes, General Atomics Namenjen izobraževalni in raziskovalni dejavnosti Obsevanje vzorcev, produkcija radioizotopov ⇒ potrebujemo informacijo o spektru nevtronov Levo: Reaktorski center v Podgorici desno: sredica TRIGA reaktorja Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Detekcija nevtronov Jedrski procesi Nevtroni nimajo naboja ⇒ detekcija poteka posredno, t.j. preko jedrskih procesov. Jedrski procesi z nastankom nabitih delcev: 1 2 3 Absorpcija nevtrona v jedru 10 B(n, α)7 Li, 6 Li(n, α)3 H, 3 He(n, p)3 H Cepitev jedra n + 233 U, n + 235 U, n + 239 Pu nastanejo nabiti fisijski produkti Elastično sipanje nevtronov nevtron odda nekaj energije jedru, na katerem se sipa, le-tega pa zaznamo Jedrski procesi z nastankom gama žarkov - aktivacijska metoda Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Detekcija nevtronov Detektorji 1 Detektorji termičnih nevtronov - zaznavajo nevtrone, ne merijo pa njihove enegije plinski proporcionalni detektorji BF3 (reakcija: 10 B(n, α)7 Li) 3 He (reakcija: 3 He(n, p)3 H) fisijske celice 2 Detektorji hitrih nevtronov detektorji počasnih nevtronov s prisotnostjo moderatorja Bonnerjeve krogle detektorji izbitih protonov scintilacijski detektorji dopirani z 6 Li polprevodniški detektorji s slojem ki vsebuje 6 Li (reakcija: 6 Li(n, α)3 H ) Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Detekcija nevtronov Detektorji zgoraj: detektor izbitih protonov spodaj: detektor LAND (Lyman Alpha neutron detector) n + 3 He → p + 3 H + N × Ly α zgoraj: set Bonnerjevih krogel spodaj: detektor v notranjosti Bonnerjeve krogle Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Nevtronska aktivacija Jedrske reakcije z nevtroni ⇒ nastanek radioaktivnih izotopov K aktivaciji prispeva več vrst jedrskih reakcij Poškodbe materialov v jedrskih reaktorjih Analiza vzorcev (NAA) Shematski prikaz aktivacije in razpada Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Nevtronska aktivacijska analiza (NAA) Zelo občutljiva, nedestruktivna metoda za analizo vzorcev Obsevanje: znan nevtronski spekter, čas obsevanja in ohlajanja določen / izmerjen Merjenje gama spektra vzorca Določamo koncentracije različnih kemijskih elementov v vzorcu Uveljavljena metoda v arheometriji Uporaba Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Nevtronska spektrometrija z aktivacijsko metodo Osnovna ideja NAA: Znan nevtronski spekter, čas obsevanja ⇒ koncentracije elementov Sestava vzorca, čas obsevanja ⇒ nevtronski spekter? Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Nevtronska spektrometrija z aktivacijsko metodo Osnovna ideja NAA: Znan nevtronski spekter, čas obsevanja ⇒ koncentracije elementov Sestava vzorca, čas obsevanja ⇒ nevtronski spekter? Pragovne jedrske reakcije reakcije, ki potečejo ob neki minimalni (pragovni) energiji nevtrona Vir tabele: Neutron spectrum measurements in DT discharges using activation techniques (1999) Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Nevtronska spektrometrija z aktivacijsko metodo Aktivacijske folije Nevtronski spekter, jedrske reakcije, energije gama žarkov radioizotopov, razpolovni čas ⇒ izbor kemijskih elementov Podjetja izdelujejo žice ali folije za obsevanje - pri tem je potrebna visoka čistost Simultano obsevanje: folije sestavimo v pakete, ki jih obsevamo Obseva se lahko tudi homogene vzorce iz več elementov Zgoraj: indijeva žica Spodaj: kovinski kobalt Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Določanje nevtronskega spektra Gama spektroskopija Vhodni podatek za nevtronsko spektroskopijo: gama spektri obsevanih vzorcev Merilna oprema: germanijev detektor (Ge(Li), HPG) in spremljevalna elektronika (predojačevalnik, večkanalni analizator, PC) Pri določanju gama spektra je potrebno upoštevati energijsko ločljivost detektorja izkoristek detektorja Gama spekter obsevanega vzorca apnenca Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Določanje nevtronskega spektra Aktivnosti izotopov Nevtronski fluks ⇐⇒ aktivnost izotopa i zaradi reakcije j Z Emax Aij = Ni σij (E )φ(E )dE Emin N je število atomov vrste i v vzorcu σij (E) je mikroskopski presek izotopa iza reakcijo j φ(E ) je nevtronski fluks na enoto energije Privzeli smo nasičeno aktivnost (1) Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Primeri reakcijskih presekov 115 In(n, n0 )115m In 63 Cu(n, α)60 Co Vir: knjižnica jedrskih podatkov ENDF/B-VII.0 Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Primeri reakcijskih presekov 59 Co(n, α)56 Mn 127 I(n, 2n)126 I Vir: knjižnica jedrskih podatkov ENDF/B-VII.0 Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Primeri reakcijskih presekov 19 F (n, 2n)18 F 197 Au(n, 3n)195 Au Vir: knjižnica jedrskih podatkov ENDF/B-VII.0 Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Določanje nevtronskega spektra Računski postopek Diskretizacija po energiji Aij = R Emax Aij = Emin n X Ni σij (E )φ(E )dE ⇓ Ni σij (Ek )φ(Ek ), k=1 kjer k določa energijski interval (2) Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Določanje nevtronskega spektra Računski postopek Težave Omejeno število izotopov (i) Enako tudi za število reakcij (j) ⇒ majhna energijska ločljivost spektra Uporaba Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Določanje nevtronskega spektra Računski postopek Težave Omejeno število izotopov (i) Enako tudi za število reakcij (j) ⇒ majhna energijska ločljivost spektra Rešitev Ohranimo večje število energijskih intervalov ⇒ Problem postane poddoločen Rešujemo ga numerično z uporabo a priori informacij o nevtronskem spektru Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Določanje nevtronskega spektra Računalniški programi Obstaja mnogo programov za določanje nevtronskega spektra (spectrum unfolding codes) Problem rešujejo na različne načine, pogosto iterativno Velikokrat je potrebna dobra izbira začetnega približka Trenutno na razpolago STAYSL in SAND-II Na tem področju se uveljavljajo tudi nevronske mreže inteligentni programi Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Uporaba aktivacijske metode Zgodovina Začetki segajo v 50. leta pr.st. Neznani reakcijski preseki ⇒ omejen nabor aktivacijskih detektorjev ⇒ le nekaj energijskih intervalov v spektrih 70. in 80. leta pr.st.: bolj natančno znani preseki za več reakcij in elementov ⇒ razširitev uporabe aktivacijske metode Razvoj računalnikov ⇒ programi za določanje spektra Določanje spektra DT nevtronskega generatorja (1972) Uporaba je dandanes zelo razširjena Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Uporaba aktivacijske metode Nedavni primeri Obsevanje paketov desetih aktivacijskih folij na JETu Nevtronski spektri izračunani s programom SAND-II, primerjava z rezultati Monte Carlo simulacij Določanje spektra Uporaba Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Uporaba aktivacijske metode Nedavni primeri Obsevanje paketa devetih aktivacijskih folij s hitrimi nevtroni Izračun nevtronskega spektra z dvema programoma (BUNKI, GA), primerjava z rezultati scintilacijskih spektrometrov Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Uporaba aktivacijske metode Nedavni primeri IFMIF = International Fusion Material Irradiation Facility Raziskave o materialih za fuzijske aplikacije Trije obsevalni moduli z visokim, srednjim in nizkim fluksom (HFTM, MFTM, LFTM Devet obsevanih aktivacijskih folij Uporaba programa SAND-II Določanje spektra Uporaba Zaključek Uvod Detekcija nevtronov Spektrometrija z aktivacijsko metodo Določanje spektra Uporaba Zaključek Cilji Obuditev področja nevtronske spektroskopije pri nas Izračun fisijskega spektra TRIGA reaktorja z aktivacijsko metodo Razširitev in optimizacija aktivacijske spektroskopske metode na fuzijske aplikacije Izračun spektra DD plazme na JETu (ponovno obratovanje JETa prične približno čez 1 leto, na voljo pa so podatki iz prejšnjega obratovalnega obdobja) Izračuni za FNG - v kratkem naj bi začeli z novim benchmark eksperimentom
© Copyright 2024