Μέθοδοι και Εφαρµογές Πυρηνικής Επιστήµης και Ακτινοφυσικής

Μέθοδοι και Εφαρµογές Πυρηνικής Επιστήµης και Ακτινοφυσικής

Οµάδα Εφαρµοσµένης Πυρηνικής Επιστήµης και Ακτινοφυσικής Σκοπός Έρευνα και Ανάπτυξη στις εφαρµογές της Πυρηνικής Επιστήµης και Ακτινοφυσικής Αξιοποίηση του ερευνητικού αντιδραστήρα Σύνθεση Ι.Ε. Σταµατελάτος, Α. Σαβίδου, Φ. Τζίκα,. Κοντογεωργάκος, Θ. Βασιλοπούλου, Γ. Λευκόπουλος Πεδία ραστηριότητας Ανάπτυξη και εφαρµογή πυρηνικών αναλυτικών τεχνικών Προσοµοιώσεις πυρηνικών διατάξεων και συστηµάτων Ακτινοπροστασία και οσιµετρία ιοντιζουσών ακτινοβολιών Παροπλισµός πυρηνικών εγκαταστάσεων

Οµάδα Εφαρµοσµένης Πυρηνικής Επιστήµης και Ακτινοφυσικής Πειραµατικές διατάξεις Φασµατοµετρία-γ Ενόργανη ανάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση Ενόργανηανάλυσηµενετρονικήενεργοποίησηβραχύβιωνισοτόπων (Τ 1/2 ~min) Ανάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση δειγµάτων µεγάλου όγκου (θερµική στήλη) Άµεση-γ ανάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση µε ισοτοπικών πηγών νετρονίων Υπολογιστικοί Κώδικες MCNP, PENELOPE, WIMS-ANL, REBUS-MCNP, SCALE EASY, NAAPRO SAND GAMMAVISION, GAMMA-W..

Ενόργανη ανάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση Εκτίµηση του εξωκυττάριου χώρου του σώµατος παιδιών µε εγκαύµατα µεγάλης έκτασης Τεχνική διάλυσης σταθερού βρώµιου στο ορό του αίµατος Surgery, 2003 Human serum 25000 20000 Volume=0,3 cm 3 t irr = t cool = t count = 3 min Φ th =1x10 13 ncm -2 s -1 Lattice position: Z-9 24 Na 38 Cl 38 Cl Counts 15000 10000 511 kev 51 Cr 5000 80 Br 28 Al 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Energy (kev) 79 Br(n, γ) 80 Br E γ = 616 kev, T 1/2 = 17.6 min Συνεργασία µε το Tufts University (Boston, USA)

Ανάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση µεγάλων δειγµάτων (LSNAA) Τα πλεονεκτήµατα της ανάλυσης µε νετρονική ενεργοποίηση (µη καταστροφική, πολύστοιχειακή ανάλυση) συνδυάζονται στην LSNAA µε την δυνατότητα ανάλυσης «ολόκληρων» αντικειµένων Σε σύγκριση, άλλες καθιερωµένες µη καταστροφικές αναλυτικές τεχνικές (π.χ. XRF) µπορούν να αναλύσουν µόνο τα επιφανειακά στρώµατα του δείγµατος Εφαρµογές: Ανάλυση «πολυτίµων» αντικειµένων (π.χ. πολιτιστικής κληρονοµιάς) Ανάλυση ανοµοιογενών υλικών (π.χ. ιζήµατα) IAEA-CRP-2009

Ανάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση µεγάλων δειγµάτων HPGe Detector Detector Shield Sample Collimated transmission source shield Φ th (Arbitrary units) sample 10 7 10 6 10 5 Graphite Plexiglas Iron Copper MCNP Calculated 20cm 40cm f γ 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 MCNP calculated 210 240 270 300 distance from core (cm) Αυτό-απορρόφηση θερµικών νετρονίων στο δείγµα 0.0 0.1 1.0 10.0 µ r h/(r+h) Εκτίµηση της απόδοσης του ανιχνευτή HPGe Φ. Τζίκα, 2005

Ανάλυση αντικειµένου Το πείραµα πραγµατοποιήθηκε στο Reactor Institute Delft

Πυρηνικές Αναλυτικές Τεχνικές: PG-NAA Ανάλυση της σύστασης του σώµατος µικρών ζώων in vivo Λίπος Άλατα Πρωτεΐνη Νερό Element Nitrogen Calcium Chlorine Boron Hydrogen Prompt γ (MeV) 10.83 6.42 6.11 0.48 2.22 10 7 N HPGe Sample NaI(Tl) 10 6 H 10 2 pulses / channel 10 5 10 4 10 3 9000 10500 N 25 cm 40 cm 10 2 10 1 2 4 6 8 10 12 Energy (MeV) Source (a,n) Lead CH 2 -B Graphite CH 2 -B-Pb Nucl. Instr. Meth B, 2007

Ραδιολογικός χαρακτηρισµός νέων υλικών Στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράµµατος Θερµοπυρηνικής Σύντηξης 4 D+ T He+ n Προσοµοίωση MCNP Προσδιορισµός µε ΙΝΑΑ Ενεργειακό φάσµα νετρονίων στο τοίχωµα (first wall) Συγκέντρωσηιχνοστοιχείωνστο SiC f /SiC Nucl. Instr. Meth B, 2005

Ραδιολογικός χαρακτηρισµός νέων υλικών Στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράµµατος Θερµοπυρηνικής Σύντηξης 4 D+ T He+ n Ρυθµός δόσης «σε επαφή» Βελτιστοποίηση σύστασης 10 7 this work 10 4 Forest pure SiC f /SiC Dose Rate (Sv/h) 10 1 10-2 10-5 10-8 Recycling limit Hands-on limit 10-11 10-14 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 Time (years) EASY: First wall neutron spectrum, 5 y irradiation at 1 MW/m 2 load Nucl. Instr. Meth B, 2005

Προσoµοίωση του GRR-1 µε την τεχνική Monte Carlo πυρήνας Ακριβής γεωµετρική προσοµοίωση των στοιχειών καυσίµου και ράβδων ελέγχου (µεικτή καρδιά HEU/LEU) µε τον κώδικα MCNP5 Υπολογισµός σύστασης έκαστου στοιχείου καυσίµου (core inventory) µε τον κώδικα WIMS ANL Αρχικόςσκοπός: Χαρακτηρισµός της ροής νετρονίων στις θέσεις ακτινοβόλησης δειγµάτων Στοιχείο καυσίµου Στοιχείο ελέγχου. Κοντογεωργάκος, 2009

Αξιολόγηση προσοµοίωσης GRR-1 k/k Rod PA1 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% Measured Calculated - MCNP 0,5% 0,0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Rod Withdrawal Πειραµατική βαθµονόµηση των ράβδων ελέγχου (period method) από την οµάδα λειτουργίας (2004) 66 θέσεις κρισιµότητας Προσοµοίωση του πειράµατος µε τον MCNP MCNP Πείραµα ιαφορά (%) k eff 0,9963 ± 0,0016 1 0,37 Αξία ράβδου 2.372 ± 0.032 2.440 ± 0.244 2,8. Κοντογεωργάκος, 2009

Neutron Energy Spectra for D4 Εφαρµογή του µοντέλου Εκτίµηση του ενεργειακού φάσµατος νετρονίων στην θέση ακτινοβόλησης 4 5,00E-02 Normalized Flux to Total 4,50E-02 4,00E-02 3,50E-02 3,00E-02 2,50E-02 2,00E-02 1,50E-02 1,00E-02 LEU HEU LEU 4 5,00E-03 0,00E+00 Epithermal / thermal LEU 1.03 HEU/LEU 0.90 5,00E-09 2,50E-08 5,00E-08 1,00E-07 2,50E-07 3,50E-07 7,80E-07 9,72E-07 1,07E-06 1,30E-06 3,30E-06 2,77E-05 3,67E-04 3,52E-03 2,48E-02 1,83E-01 1,35E+00 1,00E+01 Energy (MeV) LEU 0.37 Fast / thermal HEU/LEU 0.32 Βελτιστοποίηση συνθηκών ακτινοβόλησης: Παραγωγή ισοτόπων Ακτινοβολήσεις υλικών ΝΑΑ Νέες πειραµατικές διατάξεις. Κοντογεωργάκος, 2009

Προσοµοίωση ανιχνευτή HPGe: MCNP vs PENELOPE Πηγή Deadlayer 25 cm GEM80, SDD=25 cm Full-energy peak efficiency Peak efficiency 5,0E-03 4,0E-03 3,0E-03 2,0E-03 1,0E-03 0,0E+00 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Energy (kev) Experiment MCNP5 PENELOPE 2006 Φ. Τζίκα,. Βασιλοπούλου 2009