Μελέτη αντιδράσεων νετρονίων σε ισότοπα της περιοχής των ακτινίδων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μέτρηση της ενεργού διατομής της αντίδρασης 237Np(n,f) στα πλαίσια της συνεργασίας n_TOF (neutron Time-of-Flight) ως προς τις αντιδράσεις αναφοράς 235U(n,f) και 238U(n,f), στο ενεργειακό εύρος keV-MeV και η θεωρητική μελέτη της ενεργού διατομής της αντίδρασης αυτής με στατιστικά πρότυπα. H αντίδραση αυτή έχει μελετηθεί στο παρελθόν αλλά τα υπάρχοντα δεδομένα ενεργού διατομής παρουσιάζουν απόκλιση μέχρι και 7%, μη αποδεκτή για θεωρητική μελέτη της αντίδρασης αυτής αλλά και για τις ανάγκες της πυρηνικής τεχνολογίας. Για τη μείωση των συστηματικών αβεβαιοτήτων μετρήθηκε η ίδια αντίδραση σε δύο εγκαταστάσεις με διαφορετικά χαρακτηριστικά: στην εγκατάσταση \ntof (neutron Time-of-Flight) στο CERN και στο Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής (Ι.Π.Σ.Φ.) στο ΕΚΕΦΕ ``Δημόκριτος''. Οι στόχοι των ακτινίδων χαρακτηρίστηκαν ως προς τη μάζα και την ομοιογένειά τους με φασματοσκοπία α και την τεχνική οπισθοσκέδασης Rutherford αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα από τα δύο πειράματα βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία μεταξύ τους, γεγονός που επιβεβαιώνει την αξιοπιστία τους. Επίσης, μελετήθηκε η συμπεριφορά ενός καινότόμου ανιχνευτή MicroMegas, βρέθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας του και η συνάρτηση απόκρισής του ως προς την ανίχνευση των θραυσμάτων σχάσης. Προτείνεται η εκτενής πειραματική και θεωρητική μελέτη της ενεργειακής περιοχής 500 keV< En<1 MeV, για τη διερεύνηση μικρών πλατώ που βρέθηκαν στο κατωφλι της ενεργού διατομής της 237Np(n,f). Τέλος έγινε φαινομενολογική ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων με χρήση στατιστικών προτύπων και του κώδικα EMPIRE.

The main goal of the present thesis is to provide new high accuracy data for the 237Np(n,f) cross section, relative to the standard 235U(n,f) and 238U(n,f) cross sections, within the context of the n_TOF collaboration. The existing data are numerous, however present discrepancies that reach 8% at the plateau, which limits the accuracy of the evaluations, and thus the subsequent theoretical analysis. Furthermore, accurate cross section data for this reaction are needed for the design of the future nuclear reactor technology. In order to reduce the systematic uncertainties, measurements were performed at two facilities with totally different characteristics of the neutron beam, data acquisition system and subsequent data analysis: 1) the n_TOF facility at CERN, which provides a white neutron beam with high instantaneous flux, and with use of a gaseous detector (Fast Ionization Chamber), and 2) the neutron production facility of the Institute of Nuclear and Particle Physics of the N.C.S.R. “Demokritos”, which provides quasi-monoenergetic neutron beams, with use of a state-of the-art MicroMegas detector. The actinide targets used were characterized experimentally as far as their masses and homogeneity are concerned, with α-spectroscopy and the Rutherford Backscattering Spectrometry technique, respectively. The cross section data from the independent measurements agree within errors, validating the obtained results. Finally, a theoretical investigation of the 237Np(n,f) reaction cross section was performed, in an effort to reproduce the obtained cross section results, within the Hauser-Feshbach formalism and phenomenological models, as implemented in the EMPIRE code.