Πειραματική μελέτη των αντιδράσεων (n,2n) στα φυσικά ισότοπα του Ιριδίου

Χασάπογλου, Σωτήριος; Chasapoglou, Sotirios

dc.contributor.author	Χασάπογλου, Σωτήριος	el
dc.contributor.author	Chasapoglou, Sotirios	en
dc.date.accessioned	2017-09-27T10:22:02Z
dc.date.available	2017-09-27T10:22:02Z
dc.date.issued	2017-09-27
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45707
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14503
dc.rights	Default License
dc.subject	Πυρηνική φυσική	el
dc.subject	Ιρίδιο	el
dc.subject	Φυσικά ισότοπα	el
dc.subject	Αντιδράσεις (n,2n)	el
dc.subject	Ενεργός διατομή	el
dc.subject	Natural isotopes	en
dc.subject	Nuclear physics	en
dc.subject	Cross section	en
dc.subject	Iridium	en
dc.subject	Reactions (n,2n)	en
dc.title	Πειραματική μελέτη των αντιδράσεων (n,2n) στα φυσικά ισότοπα του Ιριδίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πυρηνική φυσική	el
heal.classification	Πειραματική πυρηνική φυσική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/e710dd44fa12f98194f8bba2bb20cba7bee18ff6
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/b7255a664204eb26bd647d54c446716bab168a51
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-10
heal.abstract	Το Ιρίδιο απαντάται στη φύση με τη μορφή των δύο σταθερών ισοτόπων 191Ir και 193Ir με αντίστοιχες αναλογίες 37.3% και 62.7%. Φύλλα Ιριδίου μπορούν να αποτελέσουν ένα καλό είδος ανιχνευτή για παρακολούθηση νετρονίων σε δεδομένο περιβάλλον, όπως ένα περιβάλλον σύντηξης πυρήνων. Μέσω των αντιδράσεων (n,n') μπορεί να γίνει παρακολούθηση των νετρονίων χαμηλότερης ενέργειας, ενώ η παρακολούθηση υψηλοενεργειακών νετρονίων επιτυγχάνεται μέσω των αντιδράσεων (n,xn). Επίσης το ισότοπο 192Ir χρησιμοποιείται στη θεραπεία καρκίνου μέσω βραχυθεραπείας καθώς και σε ραδιογραφίες για βιομηχανική χρήση (για μη καταστροφικούς ελέγχους) μέσω των ακτίνων-γ που εκπέμπει. Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας, ήταν ο πειραματικός προσδιορισμός των ενεργών διατομών των αντιδράσεων 191Ir (n,2n) 190Ir , 191Ir (n,2n) 190m2Ir , 193Ir (n,2n) 192Ir για δύο τιμές ενέργειας νετρονίων (En=17.9 MeV και En=18.9 MeV). Αυτές οι νέες μετρήσεις στις υψηλές ενέργειες συμβάλλουν σε μια πιο πλήρη μελέτη του καναλιού (n,2n). Ιδιαίτερα η δυνατότητα μελέτης μετασταθών σταθμών όπως η δεύτερη μετασταθής στάθμη m2 στον παραγόμενο πυρήνα 190Ir, αποτελεί ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη και βελτίωση μοντέλων δυναμικού που περιγράφουν το πυρηνικό σύστημα, εφόσον σε αυτές παρατηρείται πολύ έντονη εξάρτηση από το spin των ενεργειακών σταθμών και την κατανομή των spin στην ενεργειακή περιοχή του συνεχούς στον σύνθετο πυρήνα. Παράλληλα, στην ενεργειακή περιοχή En≥15 MeV υπάρχει δυνατότητα μελέτης του μηχανισμού προϊοσρροπίας στην αποδιέγερση του σύνθετου πυρήνα. Η μελέτη αυτή έγινε δυνατή με τη μέθοδο της ενεργοποίησης και η παραγωγή της νετρονικής δέσμης έγινε μέσω της αντίδρασης 3H(d,n)4He. Για την παραγωγή και επιτάχυνση της δέσμης δευτερίων (d) χρησιμοποιήθηκε ο επιταχυντής τύπου Tandem 5.5 MV στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. "Δημόκριτος". Η επιτάχυνση της δέσμης δευτερίων αντιστοιχεί σε ενέργειες Ed~2 MeVκαι Ed~2.7 MeV οι οποίες μέσω της αντίδρασης με το Τρίτιο που αναφέρθηκε παραπάνω παρήγαγαν τις δύο επιθυμητές ενέργειες νετρονίων. Κατά τη διάρκεια των ακτινοβολήσεων, υπήρχε δυνατότητα ελέγχου της νετρονικής ροής μέσω ανιχνευτή BF3. Χρησιμοποιήθηκαν μεταλλικοί στόχοι υψηλής καθαρότητας τόσο για το Ir όσο και για τους στόχους αναφοράς Al και Nb. Η διάρκεια των ακτινοβολήσεων ήταν ~9.7 h (που αντιστοιχεί σε ~3 χρόνους ημιζωής της δεύτερης μετασταθούς στάθμης 190m2Ir) για την περίπτωση της ακτινοβόλησης για En=17.9 MeV, ενώ για την περίπτωση ενέργειας νετρονίων στα En=18.9 MeV η διάρκεια της ακτινοβόλησης ήταν ~27.8 h (που αντισοιχεί σε ~8.55 χρόνους ημιζωής της στάθμης 190m2Ir). Μετά το τέλος των ακτινοβολήσεων, η νετρονική ροή στους στόχους προσδιορίστηκε μέσω των φύλλων αναφοράς τα οποία είχαν τοποθετηθεί εκατέρωθεν των στόχων. Πρόκειται για μεταλλικά φύλλα Al και Nb με τις αντίστοιχες αντιδράσεις αναφοράς: 27Al(n,a)24Na και 93Nb(n,2n)92mNb. Οι ακτινοβολημένοι στόχοι τοποθετήθηκαν στη συνέχεια σε ανιχνευτές HPGe, όπου μετρήθηκε η εκπεμπόμενη ακτινοβολία-γ μέσω συγκεκριμένων φωτοκορυφών. Πιο συγκεκριμένα κατά τη μελέτη της αντίδρασης 191Ir(n,2n)190Ir αναλύθηκαν οι φωτοκορυφές που αντιστοιχούσαν σε ενέργειες 518.5 keV, 558.0 keV και 569.3 keV οι οποίες προέκυψαν από την αποδιέγερση του παραγόμενου πυρήνα 190Ir (με χρόνο ημιζωής (t1/2=11.78 days). Αντίστοιχα κατά τη μελέτη της αντίδρασης 191Ir(n,2n)190m2Ir αναλύθηκαν οι φωτοκορυφές των 502.5 keV και 616.5 keV από το παραγόμενο ισότοπο 190m2Ir (με χρόνο ημιζωής t1/2=3.25 h και τέλος για την αντίδραση 193Ir(n,2n)192Ir οι προς ανάλυση φωτοκορυφές αντιστοιχούσαν σε ενέργειες 308.5, 316.5 και 468.1 keV με το παραγόμενο ισότοπο 192Ir να έχει χρόνο ημιζωής t1/2=73.83 days. Για το λόγο αυτό, τα φάσματα για τη μελέτη της αντίδρασης 191Ir(n,2n)190m2Ir λήφθηκαν τις πρώτες 22 h ενώ η μελέτη της 191Ir(n,2n)190Ir έγινε σε μεταγενέστερο χρόνο ώστε να μην υπάρχει συμβολή από την αποδιέγερση της δεύτερης μετασταθούς κατά τη μελέτη της βασικής στάθμης. Στην περίπτωση μελέτης της αποδιέγερσης του ισοτόπου 192Ir όμως, η παραγωγή του δεν οφείλεται μόνο στην αντίδραση (n,2n) που μελετήθηκε στα πλαίσια της εργασίας αυτής, αλλά τροφοδοτείται και από χαμηλοενεργειακά παρασιτικά νετρόνια μέσω της αντίδρασης 191Ir(n,γ)190Ir. Ήταν λοιπόν αναγκαία η χρήση μεθοδολογίας διόρθωσης της μόλυνσης αυτής. Οι πειραματικές τιμές των ενεργών διατομών για τις παραπάνω αντιδράσεις βρίσκονται σε ικανοποιητική συμφωνία με υπάρχουσες πειραματικές μετρήσεις σε γειτονικές ενέργειες, καθώς και με τις υπάρχουσες βιβλιοθήκες (ENDF/B-VII.1).	el
heal.abstract	Iridium is found in nature in the form of the two natural stable isotopes 191Ir and 193Ir in abundancies 37.3% and 62.7%, respectively. Iridium foils can act as an efficient detector for monitoring the energy of neutrons in a given environment, such as a nuclear fission environment. Through (n,n') reactions, one can monitor the low-energy neutrons, whereas the highly energetic neutrons can be monitored through (n,xn) reactions. The isotope 192Ir is also used in cancer treatment through brachytherapy and also in industrial γ-radiography for non-destructive testing. The aim of this thesis was to experimentally determine the cross section of the reactions 191Ir(n,2n)190Ir, 191Ir(n,2n)190m2Ir, 193Ir(n,2n)192Ir corresponding to two neutron energy beams (En=17.9 MeV and En=18.9 MeV). These new measurements referring to higher energies contribute to a more thorough study of the (n,2n) channel. Especially, the ability to study isomeric states, such as the second isomeric state m2 in the residual nucleus 190Ir, makes up a very useful tool used in both the study and the improvement of models describing the nuclear system, since the study of isomeric states is highly dependent on the spin values referring to the energy states and the spin distribution referring to the energy continium in the compound nucleus. Moreover, in the energy region En≥15 MeV there is the ability for one to study the preequilibrium mechanism in the deexcitation of the compound nucleus. The determination of the cross sections was possible by means of the activation technique, and the incident neutron beam was produced through the 3H(d,n)4He reaction. The production and the accelaration of the deutron beam (d) was based on the 5.5 MV Tandem accelerator at the National Center of Scientific Research (NCSR) "Demokritos". The acceleration of the deutron beam corresponded to energies Ed~2 MeV and Ed ~2.7 MeV that led to the production of the neutron energies discussed before. Beam fluctuations were monitored with a BF3 detector during the irradiations. High purity metal targets were used for Ir and the Al and Nb reference foils. The duration of the two sets of the irradiations, were ~9.7 h (corresponding to ~3 half lives of the second isomeric state 190m2Ir) for the irradiation referring to incident neutron energy En=17.9 MeV, while the En=18.9 MeV case referring to a total irradiation time of ~27.8 h (corresponding to ~ 8.55 half lives of the 190m2Ir state). After the end of each irradiation, the neutron flux at the Ir targets was determined via the reference foils that were placed at each side of the target. These foils were Al and Nb high purity metal foils leading to the respective reference reactions 27Al(n,a)24Na and 93Nb(n,2n)92mNb. The irradiated targets were placed at a 10 cm distance from the window of three HPGe detectors, so that the γ-rays from the deexcitation of the residual nuclei could be measured. More specifically, the deexcitation of the residual nuclei 190Ir (t1/2=11.78 days) produced by the 191Ir(n,2n)190Ir reaction was studied through the 518.5 keV, 558.0 keV and 569.3 keV lines. The study of the 191Ir(n,2n)190m2Ir reaction was possible through the 502.5 keV and 616.5 keV lines produced by the deexcitation of the 190m2Ir isotope (t1/2=3.25 h). Finally, the 193Ir(n,2n)192Ir reaction was studied through the 308.5, 316.5 and 468.1 keV lines. The half live of the produced isotope in this case was 73.83 days. The second isomeric state should be fully deexcitaded before studying the ground state, so the spectra used in the study of the 191Ir(n,2n)190m2Ir and 191Ir(n,2n)190Ir reactions had a time difference of about 22 hours due to the difference in the half lives in the produced isotopes. While studying the deexcitation of the 192Ir isotope, it should be noted that it is produced not only due to the 193Ir(n,2n)192Ir reaction, but it is also produced by the 191Ir(n,γ)192Ir reaction which acts as a contamination and is always open to low energy parasitic neutrons. Thus, there was a necessity for the use of a methodology to compensate for this contamination. The experimentally deduced values for the cross sections are in good agreement with both existing measurements in nearby energy regions, as well as with existing evaluation curves (ENDF/B-VII.1).	en
heal.advisorName	Βλαστού-Ζάνη, Ρόζα	el
heal.committeeMemberName	Βλαστού-Ζάνη, Ρόζα	el
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Μαλτέζος, Σταύρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	63 σ.
heal.fullTextAvailability	true