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Medida de secções de choque de captura de nêutrons

Processo: 06/00126-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de setembro de 2006 - 31 de agosto de 2009
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Nuclear
Pesquisador responsável:Nora Lia Maidana
Beneficiário:Nora Lia Maidana
Instituição-sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Assunto(s):Reações nucleares  Nêutrons  Reatores nucleares  Espectroscopia de raio gama 

Resumo

A captura de nêutrons é um mecanismo de reação importante na produção de novos nuclídeos em reatores nucleares, na transmutação dos produtos de fissão e nos processos de interesse astrofísico. Os valores das secções de choque de ativação são imprescindíveis para avaliar o balanço de nêutrons disponíveis para as novas fissões do combustível e para determinar a atividade residual, visando uma posterior manipulação desses materiais. As secções de choque dos nuclídeos radioativos são importantes nos cálculos relacionados aos sistemas que usam combustível irradiado e nos sistemas de geração de energia baseados em aceleradores. Nos estudos de astrofísica, a nucleossíntese, a abundância isotópica e outras grandezas de interesse requerem o conhecimento das seções de choque de alguns nuclídeos na faixa de energia característica do meio estelar. A secção de choque de captura de nêutrons térmicos de um particular nuclídeo não pode ser estimada teoricamente. Para energias próximas à primeira ressonância de absorção de nêutrons, a ordem de grandeza da separação em energia dos estados ligados no contínuo é 1 keV e a secção de choque é sensível mesmo a mudanças de uns poucos elétron-volts na energia da primeira ressonância. Os modelos nucleares existentes não podem prever qual será o primeiro nível acima da energia de separação do nêutron nem a posição desse nível com tamanha precisão. Mesmo no caso da integral de ressonância, que é a secção de choque média no espectro de nêutrons com densidade de probabilidade proporcional ao inverso da energia cinética do nêutron, as ressonâncias nos primeiros poucos keV acima da energia de separação do nêutron são responsáveis por uma grande parte desse valor, de modo que também a integral de ressonância só pode ser determinada de forma experimental. No entanto, a partir dos valores experimentais das seções de choque em algumas situações particulares, os modelos nucleares permitem estimar a sua dependência com a energia do nêutron. Este projeto propõe experimentos para medidas de seção de choque de captura de nêutrons, similares aos que efetuamos anteriormente com alvos de 57Co, 137Cs e 241Am. A fim de obter resultados confiáveis e precisos, aproveitaremos os recursos computacionais atuais para quantificar os fenômenos de detecção por meio de técnicas de simulação. A medida baseia-se na determinação da atividade induzida no alvo pela irradiação no reator de pesquisa do IPEN/CNEN-SP, por meio da espectroscopia gama e beta em espectros simples ou em coincidência. O fluxo de nêutrons será monitorado com fios de liga 197Au-Al ou 59Co-Al, ou ainda folhas de ouro puro. Os fluxos térmico e epitérmico na posição de irradiação serão determinados pelo formalismo de Westcott a partir das atividades dos monitores irradiados com e sem cádmio. Em vários dos casos propostos, o alvo será radioativo e terá atividade relativamente alta, mas resultará em produtos de reação com baixa atividade. Nesses casos, a única maneira de quantificar adequadamente o nuclídeo residual consiste em observar o espectro gama da amostra irradiada a alta taxa de contagem, aproveitando a boa resolução em energia do detector de HPGe para discriminar o alvo do produto da reação. Como os sistemas de espectroscopia gama convencional têm desempenho limitado para taxas de contagem superiores a dez mil contagens por segundo (cps), estamos solicitando auxílio para a compra de um espectrômetro digital, que pode alcançar cem mil cps com resolução em energia, tempo morto e deformação do pico de absorção total de energia do fóton aceitáveis. Dessa forma, espera-se reduzir o limiar de medida da seção de choque de reação por uma ordem de grandeza. (AU)