Neutron induced reactions on Ir and Au and production of isomeric states
Authors: Καλαμαρά Αντιγόνη-Γαρυφαλλιά 
Published: September 2021

Η μελέτη ενεργών διατομών πυρηνικών αντιδράσεων νετρονίων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον τόσο για την Βασική Έρευνα της Πυρηνικής Φυσικής και της Αστροφυσικής, όσο και για τον τομέα των Εφαρμογών στην πυρηνική τεχνολογία, τη δοσιμετρία, την ιατρική και τη βιομηχανία. Πιο συγκεκριμένα, τα πειραματικά δεδομένα ενεργών διατομών είναι αναγκαία για τον έλεγχο των πυρηνικών μοντέλων και τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων τους. Ιδιαίτερα οι ενεργές διατομές των ισομερών καταστάσεων παρέχουν πληροφορίες για τη μελέτη του μηχανισμού αποδιέγερσης του σύνθετου πυρήνα, λόγω του ότι ο εποικισμός τους εξαρτάται άμεσα από το σπίν των ενεργειακών σταθμών που τροφοδοτούν τις ισομερείς καταστάσεις καθώς και από την κατανομή των σπίν στην περιοχή του συνεχούς. Για αυτούς τους λόγους χρειάζονται πυρηνικά δεδομένα υψηλής ακρίβειας σε μεγάλο ενεργειακό φάσμα, που σήμερα δεν υπάρχουν στις βάσεις δεδομένων. Έτσι, σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η πειραματική και θεωρητική μελέτη των ενεργών διατομών των αντιδράσεων Au-197(n,2n)Au-196, Ir-191(n,2n)Ir-190, Ir-191(n,3n)Ir-189 και Ir-193(n,2n) Ir-192 με τη μέθοδο της ενεργοποίησης, καθώς και ο ανεξάρτητος πειραματικός προσδιορισμός των ενεργών διατομών για τις δύο ισομερείς στάθμες των παραγόμενων πυρήνων: Au-197(n,2n)Au-196m2 και Ir-191(n,2n)Ir-190m2. Οι πειραματικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο του Επιταχυντή 5.5 MV Tandem T11/25 του ΕΚΕΦΕ "Δημόκριτος" για ενέργειες δέσμης νετρονίων από 15.3 έως 20.9 MeV, με τη μέθοδο της ενεργοποίησης. Η παραγωγή των νετρονίων έγινε μέσω της αντίδρασης H-3(d,n)He-4 (D-T) και η ενεργειακή κατανομή τους έχει ήδη μελετηθεί, μέσω της μεθόδου πολλαπλής ενεργοποίησης (multiple foil activation). Η ροή των νετρονίων, η οποία είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό της ενεργού διατομής των έξι αντιδράσεων, υπολογίζεται μέσω των ενεργών διατομών αντιδράσεων αναφοράς: Al-27(n,α)Na-24 και Nb-93(n,2n)Nb-92m. Μετά το πέρας των ακτινοβολήσεων, η ενεργότητα των υπό μελέτη δειγμάτων και των στόχων αναφοράς μετρήθηκε μέσω φασματοσκοπίας-γ με ανιχνευτές υπερκαθαρού γερμανίου (HPGe). Τις πειραματικές μετρήσεις συνόδευσαν Monte Carlo προσομοιώσεις των πειραματικών διατάξεων. Συνδυάστηκαν οι κώδικες NeuSDesc και MCNP5 για την προσομοίωση της διάδοσης της δέσμης των νετρονίων, ενώ MCNP5 προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκαν επίσης, για τον προσδιορισμό της ενδοαπορρόφησης των ακτίνων-γ μέσα στα ακτινοβοληθέντα δείγματα. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, μία πρόσφατα εφαρμοσμένη μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της ενεργού διατομής της αντίδρασης Ir-193(n,2n)Ir-192, η οποία μολύνεται από την αντίδραση Ir-191(n,γ)Ir-192 που ενεργοποιείται από χαμηλοενεργειακά, παρασιτικά νετρόνια. Επιπλέον, υλοποιήθηκαν θεωρητικοί υπολογισμοί των ενεργών διατομών των έξι αντιδράσεων ενδιαφέροντος, στα πλαίσια της θεωρίας Hauser-Feshcbach, χρησιμοποιώντας τις τελευταίες εκδόσεις των κωδίκων EMPIRE και TALYS. Οι θεωρητικοί υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν για ένα μεγάλο εύρος ενεργειών, με σκοπό χρησιμοποιώντας τις ίδιες παραμέτρους, να γίνει η αναπαραγωγή της ενεργού διατομής για διάφορα κανάλια αντιδράσεων, όπως (n, elastic), (n,2n), (n,3n), (n,p), (n,α) και (n,total). Η αναπαραγωγή των ενεργών διατομών των αντιδράσεων που οδηγούν σε ισομερείς καταστάσεις, Au-197(n,2n)Au-196m2 και Ir-191(n,2n)Ir-190m2, συνέστησε σημαντικό περιορισμό στους θεωρητικούς υπολογισμούς, λόγω της μεγάλης ευαισθησίας τους σε μικρές αλλαγές των τιμών των παραμέτρων εισόδου (input parameters).