Determinación de secciones eficaces de reacciones con neutrones de reactor discriminando los aportes de los estados metaestable y fundamental

Las secciones eficaces de producción de reacciones nucleares son parámetros fundamentales de los distintos isótopos. En este trabajo se ha desarrollado una metodología de cálculo, el método de las rectas, que permite determinar simultáneamente las secciones eficaces de producción del estado excitado...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Ribeiro Guevara, Sergio
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2001
Materias:
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/37/1/1Ribeiro.pdf
Aporte de:Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (CNEA) de CAB - CNEA - Biblioteca Leo Falicov Ver origen
Descripción
Sumario:Las secciones eficaces de producción de reacciones nucleares son parámetros fundamentales de los distintos isótopos. En este trabajo se ha desarrollado una metodología de cálculo, el método de las rectas, que permite determinar simultáneamente las secciones eficaces de producción del estado excitado y del fundamental de reacciones nucleares que generen un estado isomérico además del fundamental. Para ello se mide la evolución temporal de la emisión #gamma# asociada al decaimiento del estado fundamental. Con las mediciones de la emisión #gamma# que se estudia, efectuadas con diferentes tiempos de decaimiento, y los tiempos de irradiación, decaimiento y medición, es posible calcular dos variables que tienen una relación lineal. Los valores de estas variables pueden, por lo tanto, ajustarse por una función lineal, obteniéndose dos parámetros de ajuste que están relacionados con las secciones eficaces de producción de los estados fundamental y metaestable. El método de las rectas se puede aplicar en la determinación de secciones eficaces de cualquier reacción nuclear que genere un isómero, sin importar la energía o el tipo de partícula incidente. Una ventaja del método que estudiamos respecto de los usuales se encuentra en que, al no ser necesario medir emisiones asociadas al decaimiento del estado metaestable, permite la determinación de su sección eficaz de producción aunque no tenga emisiones g asociadas a su decaimiento. O también si, teniendo emisiones #gamma#, su medición es difícil por ser pequeña su producción o por plantear dificultades analíticas. Debido a que en el método de las rectas no es necesario establecer condiciones experimentales que dependen de los valores relativos de las vidas medias de los estados fundamental y metaestable, es posible por este método determinar la sección eficaz de producción del estado fundamental aun en los casos en que las vidas medias de ambos estados no difieren sustancialmente; o sea en aquellos casos en que no es lícito considerar que uno de los estados a decaído completamente. Empleando el método directo en los casos en que la vida media del estado fundamental es mucho mayor que la del metaestable sólo es posible determinar la sección eficaz de la reacción suma de la producción de ambos estados, pero para determinar la de producción del fundamental es necesario conocer la del metaestable. Aplicando el método de las rectas es posible determinar la sección eficaz de producción de ambos estados sin esta última condición. La principal limitación del método la encontramos en la necesidad de que las condiciones analíticas permitan medir la emisión #gamma# que estudiamos con diferentes tiempos de decaimiento. Por otra parte, del análisis de las ecuaciones en que se sustenta el método surge que hay un conjunto de condiciones en que el método no es aplicable, o su aplicación conlleva incertezas muy grandes, mientras que otro conjunto de condiciones resultan óptimas. Se aplicó el método de las rectas al estudio de cuatro reacciones umbral con neutrones, determinándose las secciones eficaces promediadas en flujo de fisión térmica de ^2^3^5U. Las determinaciones se efectuaron utilizando como monitor de flujo la reacción ^5^8Ni(n,p)^5^8Co^f^+^m (#sigma#=111 ± 3 mb; Baard et al., 1989). Las reacciones estudiadas plantean diferentes casos en la aplicación del método, tanto en las condiciones analíticas como en las condiciones intrínsecas de aplicación del método. Estas reacciones son: ^5^8Ni(n,p)^5^8Co^f y ^5^8Ni(n,p)^5^8Co^m, ^5^4Fe(n,2n)^5^3Fe^f y ^5^4Fe(n,2n)^5^3Fe^m, ^4^6Sc(n,2n)^4^5Sc^f y ^4^6Sc(n,2n)^4^5Sc^m, y ^9^0Zr(n,2n)^8^9Zr^f y ^9^0Zr(n,2n)^8^9Zr^m. El primer caso tiene secciones eficaces de producción relativamente grandes, la vida media del fundamental es mucho mayor que la del metaestable y es posible medirlas utilizando el monitor de flujo elegido como monitor interno. Los valores obtenidos son #sigma#_f = 74.8 #+-# 2.3 mb y #sigma#m = 36.6 #+-#1.2 mb. Las secciones eficaces de captura térmica de los productos de esta reacción son significativamente grandes. Por lo tanto, en aplicaciones del níquel como monitor de flujo rápido en un campo con componente térmica y epitérmica, y cuando su irradiación es prolongada, es necesario corregir los resultados por el “quemado” de ambos productos. Para efectuar esta corrección en ambos productos es necesario conocer la sección eficaz de producción de los dos isómeros. No se han encontrado referencias de mediciones previas a este trabajo de la sección eficaz de la reacción ^5^8Ni(n,p)^5^8Co^f, y sólo unas pocas de la reacción ^5^8Ni(n,p)^5^8Co^m, con incertezas grandes.Las reacciones sobre el ^5^4Fe tienen secciones eficaces de producción muy pequeñas, la vida media del estado fundamental es mayor que la del metaestable pero la diferencia es pequeña, y es posible utilizar como monitor interno la reacción ^5^4Fe(n,p)^5^4Mn como control. Las principales dificultades para su estudio se encuentran en las condiciones analíticas, pero el método de las rectas se aplica en condiciones óptimas, lo que permite determinar secciones eficaces muy pequeñas. Los valores obtenidos son #sigma#_f = 1.14 #+-# 0.13 #mu#b y #sigma#_m = 0.52 #+-# 0.16 .#mu#b. Las reacciones ^4^6Sc(n,2n)^4^5Sc^f y ^4^6Sc(n,2n)^4^5Sc^m se producen con secciones eficaces relativamente grandes, y la vida media del estado fundamental es mucho menor que la del metaestable. En este caso es posible determinar en forma directa la sección eficaz de producción del estado metaestable, siendo este valor #sigma#_m = 19.9 #+-# 3.0 mb, consistente con el obtenido con el método de las rectas. Los valores obtenidos son #sigma#_f = 27.3 #+-# 1.3 mb y #sigma#_m = 22.0 #+-# 2.7 mb. Las reacciones ^9^0Zr(n,2n)^8^9Zr^f y ^9^0Zr(n,2n)^8^9Zr^m tienen secciones eficaces de producción relativamente pequeñas y la relación de vidas medias de los isómeros es similar a la del caso del ^5^8Ni. En este caso para aplicar el método de las rectas es necesario estudiar una emisión asociada al decaimiento del ^8^9Y^m, que no es una emisión instantánea, y por lo tanto es necesario modificar las ecuaciones deducidas para el caso general. No se obtuvieron resultados satisfactorios a través de la aplicación del método de las rectas. Se determinaron en forma directa las secciones eficaces de producción del estado metaestable y de la reacción suma, ^9^0Zr(n,2n)^8^9Zr^f^+^m. En este caso se puede considerar que la sección eficaz de la reacción ^9^0Zr(n,2n)^8^9Zr^f^+^m es igual a la suma de las secciones eficaces de producción de cada estado, y por lo tanto por diferencia podemos determinar la sección eficaz del estado fundamental. Los valores medidos son #sigma#_f_+_m = 119.6 #+-# 3.4 #mu#b y #sigma#_m = 13.86 #+-# 0.40 #mu#b, mientras que #sigma#_f = 105.8 #+-# 3.4 #mu#b