Χαρακτηρισμός στόχων 235U και 10Β στο IRMM

Abstract

Η συγκεκριμένη εργασία επικεντρώνεται στο χαρακτηρισμό στόχων που χρησιμοποιούνται σε μετρήσεις αντιδράσεων που προκαλούνται από νετρόνια. Η μάζα ή καλύτερα η επιφανειακή πυκνότητα του υλικού προς χαρακτηρισμό είναι οι ιδιότητες των στόχων που είναι σημαντικές για πειράματα δέσμης.

Το κύριο έργο αυτής της εργασίας είναι ο προσδιορισμός της επιφανειακής πυκνότητας και της ομοιογένειας στόχων 235U που θα χρησιμοποιηθούν για τον ακριβή προσδιορισμό της ροής νετρονίων στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού σχεδίου \en Metrofission Project. Οι μετρήσεις στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής πραγματοποιήθηκαν στο ινστιτούτο Ιnstitute for Reference Materials and Measurements στο Βέλγιο. Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για το χαρακτηρισμό αυτών των στόχων είναι η τεχνική καταμέτρησης σωματιδίων alpha ή alpha-particle counting. Τα σωματίδια alpha που εκπέμπονται από το Ουράνιο ανιχνεύονται με έναν ανιχνευτή πυριτίου ( Si) κάτω από μια καλώς ορισμένη στερεά γωνία. Πρέπει να επισημανθεί ότι η συγκεκριμένη τεχνική χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ποσότητας του εναποτιθέμενου ραδιενεργού υλικού πάνω στο στόχο. Το υλικό θα πρέπει να έχει χαρακτηριστεί, για την ισοτοπική του αναλογία και τυχόν προσμίξεις, εκ των προτέρων, με τη χρήση άλλων τεχνικών. Για τις μετρήσεις ομοιογένειας με την τεχνική alpha-particle counting ένα διάφραγμα τοποθετείται πάνω από το δείγμα-στόχο με σκοπό να σαρώσει διάφορα σημεία στην επιφάνειά του. Αυτά τα σημεία, σχετικώς μετρημένα το ένα προς το άλλο, θα δείξουν τις διαφορές στην εναπόθεση υλικού στην επιφάνεια των στόχων ή διαφορετικά την ομοιογένεια της επιφανειακής πυκνότητας τους. Μετρήσεις με ήδη καλώς χαρακτηρισμένες πηγές από το παρελθόν, πραγματοποιήθηκαν ώστε να ελεγχθεί η σταθερότητα του πειραματικού εξοπλισμού και η αναπαραγωγιμότητα της τεχνικής.

Μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν επίσης για τον χαρακτηρισμό της επιφανειακής πυκνότητας και ομοιογένειας στόχων 10Β στον πυρηνικό αντιδραστήρα ερευνών της Βουδαπέστης (Budapest Research Reactor). Αυτή τη φορά οι μετρήσεις έγιναν με τη χρήση δέσμης νετρονίων και η ακτίνα gamma που παράγεται από την αντίδραση 10B(n,alpha)7*Li ανιχνεύεται από έναν ανιχνευτή HPGe. Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας, παρουσιάζεται μόνο η μέτρηση ομοιογένειας για ένα από τα δείγματα. Η επιφάνεια του στόχου 10Β σαρώθηκε τοποθετώντας ένα διάφραγμα μπροστά από τη δέσμη των νετρονίων.

Αυτή η μελέτη που αφορά στο χαρακτηρισμό στόχων έδωσε πληροφορίες όχι μόνο για τις ιδιότητες των στόχων αλλά και για τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων για τον προσδιορισμό της επιφανειακής πυκνότητας προέκυψαν με ικανοποιητικά όρια αβεβαιότητας. Για τις μετρήσεις ομοιογένειας παραπάνω μελέτη και πραγματοποίηση περισσότερων πειραμάτων θα δώσει ακόμα πιο ακριβή αποτελέσματα.

This project focuses on the characterization of samples used in neutron induced reaction measurements. The mass or even better the areal density of the material of interest for the reaction are properties of the targets which are important for such in-beam experiments.

The main task of this work is the areal density and the homogeneity characterization of 235U samples which will be used for the precise determination of neutron fluxes in the framework of the Metrofission project. The measurements were performed at the Institute of Reference Materials and Measurements (IRMM) in Belgium. The technique used for the characterization of the targets is alpha-particle counting. The alpha-particles emitted by the uranium samples are detected by a Si surface barrier detector under an accurately defined solid angle. It should be noted that the alpha-counting technique is used just to determine the quantity of the alpha radioactive material in the uranium samples. The material is supposed to be well characterized and well known for its isotopic composition and any possible impurities or contaminants should have been detected by other techniques before. For the homogeneity measurements by alpha-counting, a collimator is placed on top of the sample in order to scan different points on the sample’s surface. These points, relatively measured to each other, will show the differences of the deposition of the material on the surface, i.e. the homogeneity of the areal density of the targets. Other measurements, with previously well-characterized sources, were performed in order to check the stability of the experimental setup and the reproducibility of the alpha-particle counting technique.

Measurements were also performed for the areal density and the homogeneity characterization of 10B target-samples at the Cold Neutron Source of the Budapest Research Reactor. This time the measurements were carried in the neutron beam and the prompt gamma-ray of the 10B(n,α)7*Li reaction was detected by a HPGE detector. Concerning this work, only the homogeneity measurement of one of the 10B samples is presented. The sample’s surface was scanned with the use of a collimator in front of the boron sample.

This study concerning the sample characterization gave information not only about the properties of the targets of interest but also about the techniques used for this work. The results for the areal density by alpha-counting were obtained within satisfactory uncertainty limits. Concerning the homogeneity measurements with the use of the same technique, probably further studies are required in order to attain the desired accuracy in the obtained results. The preliminary homogeneity results obtained by the in-beam experiments reveal some of the weaknesses of the method used but within reasonable limits of uncertainty, the method can give results that can be trusted.