790 likes | 972 Views
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+…)
E N D
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
Spalacja i fagmentacja jąder atomowych Spalacja - B.Kamys
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
Spalacyjne źródło neutronów - SNS Spalacja - B.Kamys
SNS – w Oak Ridge USA (od 2006) Spalacja - B.Kamys
Europejskie źródło spalacyjne - ESS • budowane w Lund • w Szwecji Spalacja - B.Kamys
Produkcja pierwiastków Spalacja - B.Kamys
Modyfikacja składu pierwiastkowego Spalacja - B.Kamys
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
MYRRHA Spalacja - B.Kamys
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
Całkowite przekroje czynne: p+Au Spalacja - B.Kamys
Całkowite przekroje czynne: p+Au Spalacja - B.Kamys
Całkowite przekroje: p+Ag Tp=300 GeV p+Xe Spalacja - B.Kamys
Całkowite przekroje czynne: Fe+p Spalacja - B.Kamys
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
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
PISA – Proton Induced SpAllation • Projekt PISA – wykonanie pomiarów na wewnętrznej wiązce pierścienia synchrotronowego COSY w Juelich • Zaletami są: • Możliwość użyciabardzo cienkich tarcz(niezbędna aby nie zniekształcić widm i rozkładów kątowych) • Otrzymanie mimo todużej 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
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
COSY – COoler SYnchrotron Spalacja - B.Kamys
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
Schemat układu detekcyjnego PISA Spalacja - B.Kamys
Rysunek aparatury Spalacja - B.Kamys
Zdjęcie komory rozproszeń Spalacja - B.Kamys
Teleskopy krzemowe i scyntylacyjne Spalacja - B.Kamys
Elektronika i zdalne sterowanie detekcją Spalacja - B.Kamys
Uchwyt tarczy („frame”) i tarcza („target”) Spalacja - B.Kamys
Wiązka padających na tarczę protonów Spalacja - B.Kamys
Schemat detektora Bragga Spalacja - B.Kamys
Detektor Bragga (bez obudowy) Spalacja - B.Kamys
Detektor Bragga + det. krzemowe Spalacja - B.Kamys
„Multichannel plate” (detektory start-stop) Spalacja - B.Kamys
Impulsy z detektora Bragga Spalacja - B.Kamys
Widma „amplituda-energia” i „energia-czas” Spalacja - B.Kamys
Identyfikacja pierwiastków (Z): „Bragg” Spalacja - B.Kamys
Identyfikacja Z c.d. Spalacja - B.Kamys
Identyfikacja A: „Bragg”+TOF Spalacja - B.Kamys
Identyfikacja izotopów Be Spalacja - B.Kamys
Identyfikacja A c.d. Spalacja - B.Kamys
Przykładowe widma (Bragg det.) Spalacja - B.Kamys
Widma „DeltaE-E” z detektorów krzemowych Spalacja - B.Kamys
DeltaE-E dla dwu wzmocnień sygnałów Spalacja - B.Kamys
DeltaE-E det. krzemowy+CsI(Tl) Spalacja - B.Kamys
Absolutna normalizacja przekrojów Spalacja - B.Kamys
Całkowity przekrój p+A 7Be w funkcji Ep Spalacja - B.Kamys
Kontrola absolutnej normalizacji Spalacja - B.Kamys
Typowe widma cząstek Spalacja - B.Kamys
Typowe widma cięższych cząstek Spalacja - B.Kamys
Tradycyjny model reakcji Spalacja - B.Kamys
Typowe widma lekkich cząstek: p,d,t Spalacja - B.Kamys