Studium využití tříštivých reakcí k transmutaci radionuklidů Ondřej Svoboda

1. Studium využití tříštivých reakcí k transmutaci radionuklidůOndřej Svoboda Vedoucí práce: RNDr. Vladimír Wagner, CSc.

2. Úvod • V rámci své diplomové práce jsem zpracoval data z experimentu, který spadá pod projekt „Energy plus Transmutation“ • Projekt „Energy plus Transmutation“ se zabývá problematikou neutronových zdrojů, které by byly vhodné pro ADTT • Doposud byla v rámci projektu provedena celá řada experimentů v oblastech: - terčových materiálů a vhodné geometrie - zdrojů nabitých částic s ohledem na jejich vydatnost a dosahované energie - transmutační schopnosti systémů (jodové vzorky) - složitější sestavy s uranovým blanketem Obhajoba Diplomové práce

3. Hlavní cíle experimentu • Studium spalačních reakcí a hustot neutronových toků ve velkých systémech terče a blanketu • Srovnání experimentálních výsledků se simulacemi a vyvození závěrů z hlediska použitých modelů a knihoven • Ověření účinných průřezů pro vysokoenergetické neutrony • Výzkum neutronové bilance a schopností multiplikace použitého blanketu Obhajoba Diplomové práce

4. Tříštivé (spalační) reakce • Pro většinu transmutačních reakcí potřebujeme silná neutronová pole => hledání vhodného zdroje • Vysokoenergetické nabité částice produkují při srážkách s jádry těžkých prvků mnoho neutronů (tříštivé reakce) Obhajoba Diplomové práce

5. Experiment • Proběhl v červnu 2004 na Nuclotronu v LVE SÚJV Dubna, Rusko • Urychlované částice: protony s energií 0.7 GeV; celkový počet protonů dle integrátoru svazku: 5.19*1013 (značná chyba) • Ozařování: 8 hodin 51 minut Obhajoba Diplomové práce

6. Terč • Terč - tlustá olověná tyč (délka 48 cm, průměr 8,4 cm), rozdělená do 4 částí • Aktivační detektory - umístěny mezi jednotlivými částmi terče, dále pak před, za i nad blanketem • Terč byl obklopen přírodním uranem ve formě válců (206,4 kg) • Celá sestava kryta v boxu, stěny vyplněny polyethylenem (biologické stínění) • Stěny boxu vyloženy kadmiem pro odstínění tepelných neutronů Obhajoba Diplomové práce

7. Monitory svazku • Před terčem byly umístěny dva monitory svazku, které určovaly přesnou intenzitu, profil a polohu svazku • Velký monitor měřil celkový tok protonů • Menší monitory měřily pozici a profil svazku • Složení: Al a Cu fólie Obhajoba Diplomové práce

8. Sledované izotopy v monitorech svazku • Monitory svazku byly měřeny vícekrát – krátkodobá/dlouhodobá měření Obhajoba Diplomové práce

9. Výsledky z monitorů svazku • Vyhodnocení monitorů svazku mělo stěžejní 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 Obhajoba Diplomové práce

10. Detekce vznikajících neutronů • Neutrony vznikající při tříštivých reakcích v Pb terči byly měřeny pomocí aktivačních detektorů • Jako aktivační detektory jsme použili Au, Al, Bi, Y, Co fólie • Fólie měly tvar čtverců cca 2x2 cm, ~ 1 g těžké, tloušťka ~ 0,1 mm (dle typu fólie), celkem více jak 150 kusů Obhajoba Diplomové práce

11. Vyhodnocení fólií • Fólie byly proměřeny na HPGe detektoru • Vyhodnocení naměřených spekter jsem provedl pomocí programu Deimos32, který fituje gama-píky Gaussovou křivkou • Následovalo přiřazení píků k příslušným izotopům • Výtěžky jednotlivých izotopů určeny s ohledem na všechny korekce (rozpad během ozařování, koincidence, nerovnoměrné ozařování, plošné zářiče…) Obhajoba Diplomové práce

12. Výsledky z aktivačních detektorů Radiální směr Axiální směr Obhajoba Diplomové práce

13. Simulované spektrum energií neutronů Obhajoba Diplomové práce

14. Porovnání experimentálních dat se simulacemi • simulace provedeny v MCNPX 2.5.0 Axiální směr Radiální směr Obhajoba Diplomové práce

15. Závěr • V rámci své diplomové práce jsem vyhodnotil experiment E+T s700 MeV protony, provedl simulace zkoumané sestavy pomocí MCNPX a porovnal získané výsledky • V současné době je vyhodnocení prakticky hotovo a pracuje se na závěrečné zprávě • Výsledky vyhodnocení monitoru svazku byly použity jako podklad pro zprávu “The beam intensity determination – the Nuclotron experiment June 2004” • V listopadu 2005 proběhl zatím poslední experiment Energy plus Transmutation – deuterony 1,26 AGeV, další je plánován na červenec 2006 Děkuji za Vaši pozornost… Obhajoba Diplomové práce