Studium využití Studium využití tříštivých reakcí tříštivých reakcí

k transmutaci k transmutaci radionuklidůradionuklidů

Ondřej SvobodaOndřej Svoboda

Vedoucí práce: RNDr. Vladimír Wagner, CSc.

29.6.2006 2Obhajoba Diplomové práce

ÚvodÚvod• V rámci své diplomové práce jsem zpracoval data V rámci své diplomové práce jsem zpracoval data

z experimentu, který spadá pod projekt „Energy z experimentu, který spadá pod projekt „Energy plus Transmutation“plus Transmutation“

• Projekt „Energy plus Transmutation“ se zabývá Projekt „Energy plus Transmutation“ se zabývá problematikou neutronových zdrojů, které by byly problematikou neutronových zdrojů, které by byly vhodné pro ADTT vhodné pro ADTT

• Doposud byla v rámci projektu provedena celá Doposud byla v rámci projektu provedena celá řada experimentů v oblastech:řada experimentů v oblastech:

- - terčových materiálů a vhodné geometrieterčových materiálů a vhodné geometrie

- zdrojů nabitých částic s ohledem na jejich vydatnost - zdrojů nabitých částic s ohledem na jejich vydatnost a a dosahované energie dosahované energie

- transmutační schopnosti systémů (jodové vzorky)- transmutační schopnosti systémů (jodové vzorky)- složitější sestavy s uranovým blanketem- složitější sestavy s uranovým blanketem

29.6.2006 3Obhajoba Diplomové práce

Hlavní cíle experimentuHlavní cíle experimentu• Studium spalačních reakcí a hustot Studium spalačních reakcí a hustot

neutronových toků ve velkých systémech neutronových toků ve velkých systémech terče a blanketuterče a blanketu

• Srovnání experimentálních výsledků se Srovnání experimentálních výsledků se simulacemi a vyvození závěrů z hlediska simulacemi a vyvození závěrů z hlediska použitých modelů a knihovenpoužitých modelů a knihoven

• Ověření účinných průřezů pro Ověření účinných průřezů pro vysokoenergetické neutronyvysokoenergetické neutrony

• Výzkum neutronové bilance a schopností Výzkum neutronové bilance a schopností multiplikace použitého blanketumultiplikace použitého blanketu

29.6.2006 4Obhajoba Diplomové práce

Tříštivé (spalační) Tříštivé (spalační) reakcereakce• Pro většinu transmutačních reakcí potřebujeme Pro většinu transmutačních reakcí potřebujeme

silná neutronová pole =silná neutronová pole =>> hledání vhodného zdroje hledání vhodného zdroje• Vysokoenergetické nabité částice produkují při Vysokoenergetické nabité částice produkují při

srážkách s jádry těžkých prvků mnoho neutronů srážkách s jádry těžkých prvků mnoho neutronů (tříštivé reakce)(tříštivé reakce)

29.6.2006 5Obhajoba Diplomové práce

ExperimentExperiment• Proběhl v červnu 2004 na Nuclotronu v LVE SÚJV Proběhl v červnu 2004 na Nuclotronu v LVE SÚJV

Dubna, Rusko Dubna, Rusko • Urychlované částice: protony s energií 0.7 GeV; Urychlované částice: protony s energií 0.7 GeV;

celkový počet protonů dle integrátoru svazku: celkový počet protonů dle integrátoru svazku: 5.19*105.19*101313 (značná chyba) (značná chyba)

• Ozařování: 8 hodin 51 minutOzařování: 8 hodin 51 minut

29.6.2006 6Obhajoba Diplomové práce

TerčTerč• Terč - tlustá olověná tyč (délka Terč - tlustá olověná tyč (délka

48 cm, průměr 8,4 cm), 48 cm, průměr 8,4 cm), rozdělená do rozdělená do 4 částí4 částí

• Aktivační detektory - umístěny Aktivační detektory - umístěny mezi jednotlivými částmi terče, mezi jednotlivými částmi terče, dále pak před, za i nad dále pak před, za i nad blanketemblanketem

• Terč byl obklopen přírodním Terč byl obklopen přírodním uranem ve formě válců (206,4 uranem ve formě válců (206,4 kg)kg)

• Celá sestava kryta v boxu, stěny Celá sestava kryta v boxu, stěny vyplněny polyethylenem vyplněny polyethylenem (biologické stínění)(biologické stínění)

• Stěny boxu vyloženy kadmiem Stěny boxu vyloženy kadmiem pro odstínění tepelných pro odstínění tepelných neutronůneutronů

29.6.2006 7Obhajoba Diplomové práce

Monitory svazkuMonitory svazku• Před terčem byly umístěny dva monitory svazku, které Před terčem byly umístěny dva monitory svazku, které

určovaly přesnou intenzitu, profil a polohu svazkuurčovaly přesnou intenzitu, profil a polohu svazku• Velký monitor měřil celkový tok protonů Velký monitor měřil celkový tok protonů • Menší monitory měřily pozici a profil svazkuMenší monitory měřily pozici a profil svazku• Složení: Al a Cu fólieSložení: Al a Cu fólie

29.6.2006 8Obhajoba Diplomové práce

Sledované izotopy v Sledované izotopy v monitorech svazkumonitorech svazku

izotop energie linky (keV) poločas rozpadu (h) intenzita linky účinný průřez [mbarn]

Cu fólie

58Co 810,775 1700,6 99 42,7

52Mn

744,233

134,2

90 9,9

935,538 94,5 9,9

1434,068 100 9,9

48V983,517

383,4100 11,5

1312,096 97,5 11,5

47Sc 159,377 80,4 68,3 2,3

44Sc 1157,031 3,9 99,9 5,1

44mSc 271,13 58,6 86,7 4,0

Al fólie

24Na1368,55

14,96100 10,4

2754,10 99,9 10,4

7Be 477,595 1274,9 10,5 5,7

22Na 1274,53 22792,6 99,9 13,8

• Monitory svazku byly měřeny vícekrát – krátkodobá/dlouhodobá měření

29.6.2006 9Obhajoba Diplomové práce

Výsledky z monitorů Výsledky z monitorů svazkusvazku

• Vyhodnocení monitorů svazku mělo stěžejní Vyhodnocení monitorů svazku mělo stěžejní význam pro celý experiment!význam pro celý experiment!

• celkový tok protonů velkým detektorem - 1.22(5)x1013

• celkový tok protonů malým detektorem - 0.90(5)x1013

• posun svazku 0.5(1) cm nahoru a 0.1(1) cm doleva

12

3S1

S34,0E+11

6,0E+11

8,0E+11

1,0E+12

1,2E+12

1,4E+12

1,6E+12

1,8E+12

po

če

t p

roto

nů

Vážený průměr počtu protonů

29.6.2006 10Obhajoba Diplomové práce

Detekce vznikajících Detekce vznikajících neutronů neutronů

• Neutrony vznikající při tříštivých reakcích v Pb terči Neutrony vznikající při tříštivých reakcích v Pb terči byly měřeny pomocí aktivačních detektorůbyly měřeny pomocí aktivačních detektorů

• Jako aktivační detektory jsme použili Au, Al, Bi, Y, Jako aktivační detektory jsme použili Au, Al, Bi, Y, Co fólieCo fólie

• Fólie měly tvar čtverců cca 2x2 cm, Fólie měly tvar čtverců cca 2x2 cm, ~~ 1 g 1 g těžkétěžké, , tlouštloušťťka ka ~~ 0,1 mm (dle typu fólie), celkem více jak 0,1 mm (dle typu fólie), celkem více jak 150 150 kusůkusů

ReakcePrahová energie

[MeV]Poločas rozpadu

197Au (n,2n) 196Au 8,1 6,183 d

197Au (n,3n) 195Au 14,8  186,1 d

197Au (n,4n) 194Au 23,2 38,02 h

197Au (n,5n) 193Au 30,2 17,65 h

197Au (n,6n) 192Au 38,9 4,94 h

197Au (n,7n) 191Au 45,7 3,18 h

29.6.2006 11Obhajoba Diplomové práce

Vyhodnocení Vyhodnocení fóliífólií

• Fólie byly Fólie byly proměřenyproměřeny na na HPGe detektoruHPGe detektoru

• Vyhodnocení naměřených Vyhodnocení naměřených spekter jsem provedl spekter jsem provedl pomocí programu pomocí programu Deimos32, který fituje Deimos32, který fituje gama-píky Gaussovou gama-píky Gaussovou křivkoukřivkou

• Následovalo přiřazení píků Následovalo přiřazení píků k příslušným izotopůmk příslušným izotopům

• Výtěžky jednotlivých Výtěžky jednotlivých izotopů určeny s ohledem izotopů určeny s ohledem na všechny korekce na všechny korekce (rozpad během ozařování, (rozpad během ozařování, koincidence, koincidence, nerovnoměrné ozařování, nerovnoměrné ozařování, plošné zářiče…) plošné zářiče…)

29.6.2006 12Obhajoba Diplomové práce

Výsledky z aktivačních Výsledky z aktivačních detektorůdetektorů

Axiální směr

Radiální směr

1,E-07

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Vzdálenost od středu [cm]

Výt

ěžek

[1/

g*p

]

..

198Au 196Au 194Au 192Au 24Na

1,E-07

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

0 10 20 30 40 50Vzdálenost od počátku terče [cm]

Výt

ěžek

[1/

g*p

]

..

198Au 196Au 194Au 192Au 24Na

29.6.2006 13Obhajoba Diplomové práce

Simulované spektrum energií Simulované spektrum energií neutronůneutronů

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E-10 1E-08 1E-06 1E-04 1E-02 1E+00 1E+02 1E+04Energie [MeV]

Hu

stot

a n

eutr

onov

ého

tok

u -

rel

ativ

ní holý terč celá sestava bez Cd

s uranem bez uranu

29.6.2006 14Obhajoba Diplomové práce

Porovnání experimentálních Porovnání experimentálních dat se simulacemidat se simulacemi

• simulace provedeny v MCNPX 2.5.0

Radiální směr Axiální směr

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Vzdálenost od počátku terče [cm]

Pom

ěr e

xp/s

im

196Au 194Au 192Au 24Na

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2 4 6 8 10 12Radiální vzdálenost od osy terče [cm]

Pom

ěr e

xp/s

im

196 Au 194 Au 192 Au

29.6.2006 15Obhajoba Diplomové práce

ZávěrZávěr• V rámci své diplomové práce jsem vyhodnotil V rámci své diplomové práce jsem vyhodnotil

experiment E+T sexperiment E+T s  700 MeV protony, provedl simulace 700 MeV protony, provedl simulace zkoumané sestavy pomocí MCNPX a porovnal získané zkoumané sestavy pomocí MCNPX a porovnal získané výsledky výsledky

• V současné době je vyhodnocení prakticky hotovo a V současné době je vyhodnocení prakticky hotovo a pracuje se na závěrečné zprávěpracuje se na závěrečné zprávě

• Výsledky vyhodnocení monitoru svazku byly použity Výsledky vyhodnocení monitoru svazku byly použity jako podklad pro zprávu “The beam intensity jako podklad pro zprávu “The beam intensity determination – the Nuclotron experiment June 2004”determination – the Nuclotron experiment June 2004”

• V listopadu 2005 proběhl zatím poslední experiment V listopadu 2005 proběhl zatím poslední experiment Energy plus Transmutation – deuterony 1,26 Energy plus Transmutation – deuterony 1,26 AAGeV, GeV, další je plánován na červenec 2006další je plánován na červenec 2006

Děkuji za Vaši pozornost…