Study of (n,x) reactions on Ge isotopes
Authors: Χασάπογλου Σωτήριος 
Published: July 2024

Οι αντιδράσεις νετρονίων σε ισότοπα του Γερμανίου (Ge) είναι πολύ σημαντικές τόσο για πρακτικές εφαρμογές, όσο και για τη θεμελιώδη έρευνα στον Τομέα της Πυρηνικής Φυσικής. Οι πρακτικές εφαρμογές περιλαμβάνουν τη δοσιμετρία, την αστροφυσική, τεχνολογία αντιδραστήρων, την πυρηνική ιατρική καθώς και την ευρεία χρήση του Ge σε ανιχνευτές ακτινοβολίας-γ. Όσον αφορά στη θεμελιώδη έρευνα, κάποιες από τις αντιδράσεις (n,x) σε ισότοπα του Ge, παράγουν πυρήνες σε ισομερείς καταστάσεις υψηλού σπιν. Η αποδιέγερση τέτοιου είδους πυρήνων εξαρτάται σημαντικά από την κατανομή των σπιν στο συνεχή χώρο των φάσεων, καθώς και των αντίστοιχων τιμών σπιν των διακριτών καταστάσεων. Ακριβή πειραματικά δεδομένα ενεργών διατομών (n,x) αντιδράσεων που παράγουν τέτοιου είδους πυρήνες, παίζουν σημαντικό ρόλο στη μελέτη του παραγόμενου σύνθετου πυρήνα. Μια πληθώρα καναλιών αντίδρασης είναι διαθέσιμα προς μελέτη από τα πέντε σταθερά ισότοπα του Ge (70,72,73,74,76Ge), αποκαλύπτοντας ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες συστηματικές, σημαντικές για τη βελτιστοποίηση υπολογισμών στατιστικών μοντέλων. Η ταυτόχρονη αναπαραγωγή όλων των πειραματικά μετρούμενων καναλιών αντίδρασης, χρησιμοποιώντας το ίδιο σύνολο παραμέτρων εισόδου, μπορεί να δράσει ως ένα πολύ ισχυρός περιορισμός σε υπολογισμούς στατιστικών μοντέλων. Επιπροσθέτως, ακριβή δεδομένα ενεργών διατομών σε ενέργειες νετρονίων μεγαλύτερες από τα 15 MeV, είναι πολύ σημαντικές, εφόσον σε αυτή την ενεργειακή περιοχή, η συνεισφορά φαινομένων προ-ισορροπίας στην αποδιέγερση του σύνθετου πυρήνα, γίνεται σημαντική. Τα περισσότερα από τα υπάρχοντα δεδομένα ενεργών διατομών για αντιδράσεις (n,x) σε ισότοπα του Ge που βρίσκονται στη βιβλιογραφία, έχουν μετρηθεί με χρήση φυσικών στόχων Γερμανίου (natGe) και είναι περιορισμένα σε ενέργειες κάτω από 15 MeV, με μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ τους. Πρέπει επίσης να υπογραμμιστεί ότι αντίστοιχες αποκλίσεις παρατηρούνται μεταξύ των υπαρχόντων βιβλιοθηκών αξιολόγησης, οι οποίες γίνονται σημαντικές σε μεγαλύτερες ενέργειες.Βάσει των παραπάνω, στην παρούσα εργασία, οι αντιδράσεις 70Ge(n,2n)69Ge, 72Ge(n,p)72Ga, 72Ge(n,α)69mZn, 73Ge(n,p)73Ga, 73Ge(n,np/d)72Ga,73Ge(n,nα)69mZn, 74Ge(n,α)71mZn, 74Ge(n,np/d)73Ga και 76Ge(n,2n)75Ge μελετήθηκαν στο ενεργειακό εύρος 14.0 - 18.9 MeV.Οι ενεργές διατομές μετρήθηκαν πειραματικά βάσει της μεθόδου της νετρονικής ενεργοποίησης, αξιοποιώντας πέντε ισοτοπικά εμπλουτισμένους στόχους, τους οποίους παρείχε το n_TOF collaboration (CERN). Οι ακτινοβολήσεις έλαβαν χώρα στις νετρονικές εγκαταστάσεις:• Του επιταχυντή 5.5 MV Tandem Van de Graaff του ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος” (Αθήνα, Ελλάδα).• Του επιταχυντή 2 MV Tandetron στην εγκατάσταση ”AMANDE”, IRSN (Γαλλία).Η παραγωγή των οιονεί-μονοενεργειακών δεσμών νετρονίων βασίστηκε στην αντίδραση 3H(d,n)4He (D-T) και στις δύο νετρονικές εγκαταστάσεις, ενώη απαραίτητη νετρονική ροή προσδιορίσθηκε μέσω της αντίδρασης αναφοράς 27Al(n,α)24Na. Η ραδιενέργεια που προκλήθηκε στους στόχους Ge καθώς και στα φύλλα αναφοράς Al, μετρήθηκε μέσω φασματοσκοπίς-γ, αξιοποιώντας ανιχνευτές HPGe. Έγινε επίσης συνδυαστική χρήση των κωδίκων NeuSDesc και MCNP5 για την προσομοίωση της διάδοσης της νετρονικής δέσμης, στους στόχους Ge και στα φύλλα αναφοράς.Τέλος, ακολούθησε μια θεωρητική μελέτη των 9 αντιδράσεων που αναφέρθηκαν παραπάνω μέσω υπολογισμών Hauser-Feshbach μέσω του κώδικα EMPIRE 3.2.3.