medición de flujos neutrónicos en forma absoluta experimentos en el reactor s. bazzana - n....
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Medición de flujos neutrónicos en forma absoluta
Experimentos en el reactor
S. Bazzana - N. Chiaraviglio – F. Sánchez
Instituto Balseiro
Para comenzar
¿Qué entienden por flujo térmico, epitérmico y rápido?
¿ Como se mide? ¿Qué incerteza se espera?
Flujo térmico Los neutrones en equilibrio térmico son
capaces de ceder y de ganar energía al interactuar con el medio.
Posibles definiciones: Área bajo la Maxwelliana En E=Et Integral de la densidad de flujo desde 0eV hasta:
Corte de Cadmio Energías dadas por:
De 4 a 20 kT 0.5 eV 0.63 eV (límite de bibliotecas de PUMA)
Flujo rápido Según la aplicación se lo define como:
Dosimetría biológica: Erap > 10 keV Dosimetría en materiales: Erap > 1MeV Según métodos de medición: Erap > 100/500
keV
Flujo Epitérmico Los límites del grupo epitérmico son Eth y Erap
Se puede también asociar Epitérmico con
Resonante.
Espectros de neutrones
Am-Be
Distintos espectros en reactores
Distintas relaciones térmico/epitérmico
1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 1010-12
10-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
10cm 30cm 50cm 70cm 90cm 105cm 115cm 125cm 135cm 145cm 155cm 165cm 175cm 185cm 195cm 1/E
Den
sida
d de
Flu
jo [n
/cm
2 seg]
En [MeV]
Espectros en una Pila de Grafito
¿Cómo medimos neutrones?
Neutrones térmicos y epitérmicos: Cámaras de fisión Cámaras de Ionización (BF3, H3) SPND Detectores de activación
Neutrones Rápidos:
Detectores de retroceso de protones. Track-etching de trazas rápidas. Detectores de activación
Ventajas: Utilizando detectores apropiados es posible medir
en todos los rangos de energías. No requiere de elementos activos. Dimensiones pequeñas, no perturba mucho la
magnitud a dimensionar Incertezas determinadas por primeros principios
Desventajas: No es posible obtener resultados en tiempo real.
Medición de flujo con detectores de activación
E V
xxSATx dEdsenrdErErrNRNA
),,(),()(00
Medición de flujo con detectores de activación
Si el material es HOMOGENEO (típico): VolM
Nm
VolN
rN isotAvog 00 )(
)(),( EEr xx
E V
xx dEdsenrdErENRN
),,()(00
Se puede demostrar que la activación es independiente de los términos impares de la expansión en Legendre del flujo: * Como en general se asumen flujos A LO SUMO linealmente anisotrópicos:
E V
xx dErdErER ),()(
1E-111E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 1010-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
Fisión (5)
MaxwellianaD
ensi
dad
de F
lujo
[n/c
m2 se
g]
En [MeV]
Moderación (1/E)
kT
E
Th ekTE
E
)²(1
E
E Epi 2
EsenhCeE
249.2988.05
Separando en componentes térmica, epitérmica y rápida:
dVdEEEdEdVEEdEdVEERV
x
V
x
V
xx
Efast
3
Efast
Eth
2
Eth
0
1 )()( )()( )()(
Definimos:
'
0
'
0
)(
)()(
Ej
Ej
Ej
Eij
dEE
dEEE
Sección Eficaz del grupo
'
0
'
)()(
)(),()(
Ej
Ej
V
Ej
Ejj
dEEEN
dVdEEErrN
G
Autoapantallamiento
'
0 )(Ej
Ej
j dEE
Flujo en el grupo j
fastxx
fast GR 3
fastEpithx RRRR
Eth
02
001 dEe
kT
E
E
EGR kT
E
ThxxTh
ThxxTh
T
TGR
001 2
Efast
Eth
2
)(dE
E
EGR
EpixEPI
xEpi
xEPI
xEpi IGR 2
E
Efast
53 )( dEEGR fastfastxx
fast
fastEpi
thR
fastx
R
sonanciax
EPI
R
Thxx GIGT
TGR
3
Re2
001 2
Despreciable si la reacción X es de
captura.
sonanciax
EPIThxx IG
T
TGR Re
20
01 2
Medición de flujos
Para determinar y a partir de:
Necesito reacciones con secciones eficaces significativas en los rangos de interés (térmico y epitérmico)
Th EPI
sonanciax
EPIThxx IG
T
TGR Re
20
01 2
Método de los dos materiales Se exponen al mismo campo de neutrones (y bajo las mismas
condiciones de irradiación) dos materiales diferentes.
Re
Re
sB
EPIBEpiTh
BTh
Bth
B
sA
EPIAEpiTh
ATh
Ath
A
IGGR
IGGR
EpiThB
EpiThA
dcR
baR
bcad
bRdR BA
Th
bcad
cRaR AB
Epi
AB
ATh
A
A
BTh
B
B
BABAB
ThATh
ABTh
BBATh
A
Epi
AB
BTh
B
B
AATh
A
A
B
BABAB
ThATh
BsA
AAsB
B
Th
x
sx
GR
GR
QQGG
RGRG
GRQ
GRQ
QQGG
RIGRIG
G
IG
11
11
11
11
11
*
*
:escribir Podemos
Q :definimos Si
Re2
Re2
01
Re2
x
Deben elegirse materiales con valores distintos de Q
Isótopo reacción s0 Ires Q
164Dy164Dy(n,g)165Dy 2650 340 0.128
151Eu151Eu(n,g)152Eu 5900 1510 0.256
45Sc45Sc(n,g)46Sc 27.20 12.00 0.441
23Na23Na(n,g)24Na 0.53 0.31 0.587
55Mn55Mn(n,g)56Mn 13.30 14.00 1.053
63Cu63Cu(n,g)63Cu 4.50 4.97 1.104
59Co59Co(n,g)60Co 37.18 74.00 1.990
186W186W(n,g)187W 37.90 485 12.797
197Au197Au(n,g)198Au 98.65 1550 15.712
109Ag
109Ag(n,g)110Agm 4.70 72.30 15.383
115In115In(n,g)116Inm
162.30 2650 16.328
181Ta181Ta(n,g)182Ta 20.5 660 32.2
175Lu
175Lu(n,g)176Lum 16.20 550 33.951
Método de la diferencia de Cadmio Se exponen al mismo campo de neutrones dos detectores
de igual material y geometría, uno bajo cadmio y el otro sin cobertura.
Fcd
R
sx
EPICd
Epi
FcdGIR 2
Re
Fcd
IG
cs
xRe
2d
0
Con
Se obtiene el mismo sistema de ecuaciones que para el
método de los dos materiales.
sx
CdEPI
xTh
CdSCd
Th
IG
RFcd
G
RFcdR
Re2
1
Chiaraviglio - Sanchez - 8 de Marzo de 2012
El factor de cadmio contempla el hecho de que el Cd no es un filtro perfecto.
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Tra
nsm
isió
n a
tra
vés
de
0.5
mm
de
Cd
en
BE
AM
En [eV]
Transmisión
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 108 1091E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
1E7
De
nsi
da
d d
e F
lujo
[n/c
m2se
g]
En [eV]
Bare UnderCd
10-1 100 101100
1000
10000
100000
1000000
De
nsi
da
d d
e F
lujo
[n
/cm2se
g]
En [eV]
Bare UnderCd
Medición de flujo rápido
Las reacciones utilizadas con detectores de activación para medición de flujo rápido son reacciones que poseen un umbral de energía. ((n,p), (n,n’), (n,Xn), (n,α), etc).
De esta forma, se tiene que el flujo rápido se encuentra desacoplado del térmico y epitérmico.
: tieneSe
:que recordando Luego,
3fast
xxfast GR
x
fastxfast
G
R
3
Unfolding multigrupo
Consiste en realizar test estadísticos (mínimos cuadrados, chi-cuadrado, etc.) de modo de encontrar un espectro que ajuste con la menor incerteza posible un conjunto de actividades medidas.
Es un proceso iterativo de donde se obtienen factores de ajuste para espectros dados por cálculo.
Se utiliza para la consolidación del cálculo.