Upload
hanae-robles
View
39
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Spalacja i fagmentacja jąder atomowych. Wysokoenergetyczny proton zderzając się z jądrem atomowym wywołuje różne reakcje: Reakcje szybkie („bezpośredniego oddziaływania”) Spalację (1 ciężki produkt + nukleony+..) Wymuszone rozszczepienie (2 ciężkie produkty+…) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Spalacja - B.Kamys 1
Spalacja i fagmentacja jąder atomowych
Wysokoenergetyczny proton zderzając się z jądrem atomowym wywołuje różne reakcje: Reakcje szybkie („bezpośredniego
oddziaływania”) Spalację (1 ciężki produkt + nukleony+..) Wymuszone rozszczepienie (2 ciężkie
produkty+…) Fragmentację (kilka ciężkich produktów)
Zrozumienie mechanizmu tych reakcji jest ciągłym wyzwaniem dla fizyków
Spalacja - B.Kamys 2
Spalacja i fagmentacja jąder atomowych
Spalacja - B.Kamys 3
Znajomość spalacji i fragmentacji ważne dla
Spalacyjnych źródeł neutronów Subkrytycznych reaktorów gdzie neutrony
powodują rozszczepienie (Toru lub innych ciężkich pierwiastków, np. „wypalonego” paliwa uranowego) Nowe źródła energii Możliwość zamiany radioaktywnych, długożyciowych
odpadów na krótkożyciowe Astrofizyki – skład promieniowania
kosmicznego zależy od spalacji i fragmentacji materii międzygwiezdnej przez promienie kosmiczne (głównie protony)
Spalacja - B.Kamys 4
Spalacyjne źródło neutronów - SNS
Spalacja - B.Kamys 5
SNS – w Oak Ridge USA (od 2006)
Spalacja - B.Kamys 6
Europejskie źródło spalacyjne - ESS
budowane w Lund w Szwecji
Spalacja - B.Kamys 7
Produkcja pierwiastków
Spalacja - B.Kamys 8
Modyfikacja składu pierwiastkowego
Spalacja - B.Kamys 9
Przykład ADS: MYRRHA
The Belgian Nuclear Research Centre in Mol has been working for several years on the design of a multi-purpose irradiation facility in order to replace the ageing BR2 reactor, a multi-functional materials testing reactor (MTR), in operation since 1962.
MYRRHA, a flexible fast spectrum research reactor (50-100 MWth) is conceived as an accelerator driven system (ADS), able to operate in sub-critical and critical modes. It contains a proton accelerator of 600 MeV, a spallation target and a multiplying core with MOX fuel, cooled by liquid lead-bismuth (Pb-Bi).
MYRRHA will be operational at full power around 2023.
Spalacja - B.Kamys 10
MYRRHA
Spalacja - B.Kamys 11
Dla wymienionych projektów
Konieczna jest znajomość całkowitych i różniczkowych przekrojów czynnych Dla oddziaływania protonów z różnymi jądrami W szerokim zakresie energii
Nie ma możliwości pomiaru wszystkich ważnych przekrojów a więc trzeba
Parametryzować zmierzone zależności a najlepiej tworzyć realistyczne modele reakcji
Istniejąca baza danych doświadczalnych NIE jest wystarczająca do tego celu
Spalacja - B.Kamys 12
Całkowite przekroje czynne: p+Au
Spalacja - B.Kamys 13
Całkowite przekroje czynne: p+Au
Spalacja - B.Kamys 14
Całkowite przekroje: p+Ag Tp=300 GeV
p+Xe
Spalacja - B.Kamys 15
Całkowite przekroje czynne: Fe+p
Spalacja - B.Kamys 16
Różniczkowe przekroje czynne d2σ/dEdΩ
Różniczkowe przekroje czynne reakcji proton-jądro zmierzone dla bardzo nielicznych tarcz (jąder atomowych)
Jedynie dla kilku energii w zakresie 1 – 100 GeV
W szczególności nieznane przekroje dla lekkich produktów, które pojawiają się w reakcji znacznie częściej niż ciężkie produkty
Ich znajomość niezbędna dla testowania i rozwijania modeli reakcji dających realistyczne przewidywania dla wszystkich niezbędnych jąder i energii
Spalacja - B.Kamys 17
Schemat badań naukowych
Problem naukowy Jego znaczenie i stan wiedzy na ten temat Możliwość realizacji nowych badań
Projekt badań Sposób pomiaru i analizy danych Dostępna aparatura Niezbędne dodatkowe wyposażenie Oprogramowanie istniejące i dodatkowe
eksperymentu (np. akwizycja danych), analizy danych (selekcja i porządkowanie informacji), modeli teoretycznych (porównanie z doświadczeniem)
Spalacja - B.Kamys 18
PISA – Proton Induced SpAllation
Projekt PISA – wykonanie pomiarów na wewnętrznej wiązce pierścienia synchrotronowego COSY w Juelich
Zaletami są: Możliwość użycia bardzo cienkich tarcz (niezbędna
aby nie zniekształcić widm i rozkładów kątowych) Otrzymanie mimo to dużej statystyki pomiarów (bo
wiązka wielokrotnie przechodzi przez tarczę) Praca w „supercyklu”, tzn. przy tych samych
ustawieniach tarczy, detektorów, elektroniki użycie na przemian kilku energii wiązki, dla których mają być wykonane pomiary
Spalacja - B.Kamys 19
PISA c.d.
Wady pomiarów na wewnętrznej wiązce: Cała aparatura – komora rozproszeń, ramiona
detekcyjne są bezpośrednio połączone z wysoką próżnią panującą w pierścieniu synchrotronowym wielkie techniczne wymagania dotyczące próżni
Utrudniony dostęp do aparatury dla testów, ulepszeń i modyfikacji bo odbywają się inne doświadczenia
Wszystko musi być przemyślane i przygotowane wcześniej tak aby nic nie zmieniać w czasie pomiaru
Trudności z absolutną normalizacją przekrojów czynnych
Spalacja - B.Kamys 20
COSY – COoler SYnchrotron
Spalacja - B.Kamys 21
Detektory kilku rodzajów
Detektory Bragga – identyfikacja Z, detekcja cząstek o bardzo małych energiach i silnie hamowanych
Detektory „channel-plate” – to detektory do wyznaczania czasu przelotu cząstek („start” i „stop”) do identyfikacji A razem z det. Bragga
Teleskopy z kilku detektorów krzemowych – identyfikacja (A,Z) metodą DeltaE-E, – pomiar energii większych niż detektor Bragga
Detektory scyntylacyjne jako część teleskopu do pomiaru największych energii
Spalacja - B.Kamys 22
Schemat układu detekcyjnego PISA
Spalacja - B.Kamys 23
Rysunek aparatury
Spalacja - B.Kamys 24
Zdjęcie komory rozproszeń
Spalacja - B.Kamys 25
Teleskopy krzemowe i scyntylacyjne
Spalacja - B.Kamys 26
Elektronika i zdalne sterowanie detekcją
Spalacja - B.Kamys 27
Uchwyt tarczy („frame”) i tarcza („target”)
Spalacja - B.Kamys 28
Wiązka padających na tarczę protonów
Spalacja - B.Kamys 29
Schemat detektora Bragga
Spalacja - B.Kamys 30
Detektor Bragga (bez obudowy)
Spalacja - B.Kamys 31
Detektor Bragga + det. krzemowe
Spalacja - B.Kamys 32
„Multichannel plate” (detektory start-stop)
Spalacja - B.Kamys 33
Impulsy z detektora Bragga
Spalacja - B.Kamys 34
Widma „amplituda-energia” i „energia-czas”
Spalacja - B.Kamys 35
Identyfikacja pierwiastków (Z): „Bragg”
Spalacja - B.Kamys 36
Identyfikacja Z c.d.
Spalacja - B.Kamys 37
Identyfikacja A: „Bragg”+TOF
Spalacja - B.Kamys 38
Identyfikacja izotopów Be
Spalacja - B.Kamys 39
Identyfikacja A c.d.
Spalacja - B.Kamys 40
Przykładowe widma (Bragg det.)
Spalacja - B.Kamys 41
Widma „DeltaE-E” z detektorów krzemowych
Spalacja - B.Kamys 42
DeltaE-E dla dwu wzmocnień sygnałów
Spalacja - B.Kamys 43
DeltaE-E det. krzemowy+CsI(Tl)
Spalacja - B.Kamys 44
Absolutna normalizacja przekrojów
Spalacja - B.Kamys 45
Całkowity przekrój p+A 7Be w funkcji Ep
Spalacja - B.Kamys 46
Kontrola absolutnej normalizacji
Spalacja - B.Kamys 47
Typowe widma cząstek
Spalacja - B.Kamys 48
Typowe widma cięższych cząstek
Spalacja - B.Kamys 49
Tradycyjny model reakcji
Spalacja - B.Kamys 50
Typowe widma lekkich cząstek: p,d,t
Spalacja - B.Kamys 51
Typowe widma Au+p4He, Tp=2.5 GeV
Spalacja - B.Kamys 52
Ni+p6,7,8,9Li,7,9Be,11B „wyparowanie”+1 źródło
Spalacja - B.Kamys 53
Ni+p 800 „wyparowanie”+1źródło
Spalacja - B.Kamys 54
Au+p6Li, Tp=2.5 GeV wyparowanie + 1 źródło
Spalacja - B.Kamys 55
Au+p8Li,Tp=2.5 GeV, wyparowanie + 1 źródło
Spalacja - B.Kamys 56
Au+p9Be,Tp=2.5 GeV,wyparowanie + 1 źródło
Spalacja - B.Kamys 57
Au+p10B, Tp=2.5 GeV,wyparowanie+1 źródło
Spalacja - B.Kamys 58
Au+p11B, Tp=2.5 GeV,wyparowanie+1źródło
Spalacja - B.Kamys 59
Au+p12C, Tp=2.5 GeV, wyparowanie+1źródło
Spalacja - B.Kamys 60
Multifragmentacja
Spalacja - B.Kamys 61
Al+pLi wyparowanie+multifragmentacja
Spalacja - B.Kamys 62
Al+pBe wyparowanie+multifragmentacja
Spalacja - B.Kamys 63
Al+pB wyparowanie+multifragmentacja
Spalacja - B.Kamys 64
Krytyczna energia E*/A
Spalacja - B.Kamys 65
p+Al.p, d, t Tp=1.2 GeV
Spalacja - B.Kamys 66
p+Al3He,4He,6He Tp=1.2 GeV
Spalacja - B.Kamys 67
P+Alp,d,t Tp=1.2GeV „fireball”
Spalacja - B.Kamys 68
p+Al3He,4He,6He Tp=1.2 GeV „fireball”
Spalacja - B.Kamys 69
Własności „fireball’a” dla różnych jąder
Spalacja - B.Kamys 70
WYNIKI
Zmierzono najbardziej obszerny w literaturze zestaw podwójnie różniczkowych przekrojów czynnych
lekkich produktów reakcji: p,d,t,3He,4He,6He,6Li,7Li,8Li,9Li,7Be,9Be,10Be,10B, 11B,12B,C,N,O
dla pięciu jąder atomowych: 12C, 27Al, Ni, Ag, 197Au
przy trzech energiach protonów: Tp=1.2, 1.9, 2.5 GeV
dEdd
2
Spalacja - B.Kamys 71
WYNIKI c.d.
Pokazano, że tradycyjny 2-stopniowy model nie wystarcza do opisu różniczkowych przekrojów czynnych dla Lekkich cząstek naładowanych (p,d,t,3He,4He) Fragmentów o masie pośredniej (pomiędzy lekkimi
cząstkami a fragmentami rozszczepienia) – jądra Li, Be, B, C, N, O itd.
Potrzeba dodać emisję z jednego (dla fragmentów o masie pośredniej) lub dwu poruszających się źródeł (dla lekkich cząstek)
Spalacja - B.Kamys 72
WYNIKI c.d.2
Wysokoenergetyczną emisję fragmentów (z szybkiego źródła) opisuje multifragmentacja
Niskoenergetyczną emisję fragmentów opisuje tradycyjny model – kaskada zderzeń NN +”wyparowanie” fragmentów
Jedynym parametrem jest krytyczna energia wzbudzenia, która odpowiada przejściu fazowemu
Daje to możliwość wyznaczania krytycznej energii wzbudzenia BEZ pomiarów koincydencyjnych
Spalacja - B.Kamys 73
WYNIKI (c.d. 3)
Dla lekkich produktów reakcji (p,d,t,3He,4He) uwzględnienie fragmentacji obok wyparowania NIE wystarcza
NIE wystarcza również włączenie koalescencji nukleonów w lekkie produkty
Pojawia się przyczynek do przekrojów, który można opisać fenomenologicznie jako emisję z lekkiego, bardzo szybkiego i gorącego żródła – „fireball’a”
Własności tego źródła są podobne dla różnych jąder tarczy co sugeruje, że jest to ogólny efekt związany z pierwszym etapem reakcji
Spalacja - B.Kamys 74
Większość grupy pomiarowej PISA
Spalacja - B.Kamys 75
Spalacja - B.Kamys 76
Przykład ADS (projekt Rubii)
„Wzmacniacz energii”
Spalacja - B.Kamys 77
Jądra atomów cięższe od Fe
0.01
0.1
1
10
100
1000
104
105
106
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Cosmic Abundances(ultra heavy nuclei only)
Si=
106
Element charge, Z
endothermic
Fe
Pb
Th
Sn
Ge
Spalacja - B.Kamys 78
Rozszczepienie