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Characterization of a Stochastic Procedure for the Generation and Transport of Fission Fragments within Nuclear FuelsHackemack, Michael Wayne 03 October 2013 (has links)
With the ever-increasing demands of the nuclear power community to extend fuel cycles and overall core-lifetimes in a safe and economic manner, it is becoming more necessary to extend the working knowledge of nuclear fuel performance. From the atomistic to the macroscopic level, great morphological changes occur within the fuel over its lifetime. The main initial damaging events produced by fuel recoils from fast neutrons and fission fragment spiking leads to the onset of grain growths and fuel restructuring. Therefore, it is desirable to have a more detailed understanding of the initial events leading to fuel morphology changes at the atomistic level. However, this is difficult to achieve with the fission fragments due to the wide variability of their species (charge, mass, and energy) and the large averaging of their relative yields in the nuclear data files.
This work is our first iteration at developing a general methodology to characterize a procedure, based on Monte Carlo principles, for generating individual fission event result channels and analyzing their specific response in the fuel. We utilized the nuclear reaction simulation tool, TALYS, to generate energy-dependent fission fragment yield distributions for different fissile/fissionable isotopes. These distributions can then be used in conjunction with fuel isotopics and a neutron energy spectrum to generate a fission-reaction-rate-averaged distribution of the fission fragment yields. We then used Monte Carlo sampling to generate the result channels from individual fission events, using the Q-value of the prompt fission system to either accept or reject. The simulation tool: Transport of Ions in Matter (TRIM) was used to characterize the general response of the fission fragment species within Uranium Dioxide (UO2), including the range, energy loss, displacements, recoils, etc. These responses were then correlated which allowed for the quick calculation of the response of the individual fission fragment species generated from the Monte Carlo sampling. As an example of this strategy, we calculated the response on a PWR fuel pin where MCNP was used to generate a high-fidelity neutron energy spectrum.
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Production de radioisotopes : de la mesure de la section efficace à la productionGarrido, Eric 10 November 2011 (has links) (PDF)
De nouveaux radio-isotopes pour la médecine nucléaire peuvent être produits par des accélérateurs de particules. C'est l'un des buts d'Arronax, un cyclotron de hautes énergies - 70 MeV - et hautes intensités - 2*350 µA - installé à Nantes. Une liste d'émetteurs b- - 47Sc, 67Cu - b+ - 44Sc, 64Cu, 82Sr/82Rb, 68Ge/68Ga - et a - 211At - à étudier en priorité a été établie. Parmi ceux là, le 47Sc et le 67Cu présentent un intérêt en thérapie ciblée. L'optimisation de leurs productions nécessite la bonne connaissance de leurs sections efficaces, mais aussi de celles de tous les contaminants créés. Nous avons lancé sur Arronax un programme de mesures de sections efficaces utilisant la technique des Stacked-foils. Elle consiste en l'irradiation simultanée d'un groupe de feuilles - cibles, moniteurs et dégradeurs - et la mesure par spectro-gamma de la production d'isotopes. Les moniteurs permettent un contrôle des pertes de faisceau tandis que les dégradeurs en diminuent l'énergie. Nous avons étudié les réactions natTi(p,X)47Sc et 68Zn(p,2p)67Cu. Les cibles étant respectivement des feuilles de natTi - achetées chez Goodfellow - ou des électrodépositions sur Ag de 68Zn enrichi. Nous les réalisons nous même ainsi que la séparation chimique des isotopes de Cuivre et de Gallium indispensable avant de procéder au comptage gamma. Les sections efficaces de plus de 40 réactions ont ainsi été obtenues sur l'intervalle de 18 MeV à 70 MeV. Une comparaison avec le code Talys est systématiquement faite, et plusieurs paramètres des modèles théoriques étudiés. Nous montrons qu'il est impossible de reproduire avec exactitude toutes les sections efficaces à partir d'un seul jeu de ces paramètres.
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Production of the Alpha-Particle Emitting Radionuclide Astatine-211 at the Texas A&M Cyclotron InstituteBhakta, Viharkumar Satish 2011 August 1900 (has links)
The need of a stable production of At-211 is necessary to continue research in alpha-particle targeted radionuclide therapy. Our objectives were to establish the production of Astatine-211 at Texas A&M Cyclotron Institute, optimize the production methods to reduce the generation of contaminants and maximize At-211 production, and assess the radiological safety aspects of At-211 production. The production of the alpha-particle emitting radionuclide At-211 was performed at the Texas A&M Cyclotron Institute using the K500 superconducting cyclotron following the production reaction Bi-209(α, 2n)At-211 using a thick bismuth target of 500 μm. We carried out two irradiation experiments where the initial energy of the alpha-particle beam, 80 MeV, was degraded using multiple copper and aluminum foils to 27.8 and 25.3 MeV, respectively. The end of beam time was 4 hours for both experiments.
The resulting At-211 yields were 36.0 and 12.4 MBq/μA-h, respectively. Several impurities were produced using the 27.8 MeV, which included At-210 and Po-210. However, when the 25.3 MeV beam was used, the impurities At-210 and Po-210 were resolved and other contaminants were minimized to less than 0.8% of At-211 yield. The production yields were in accordance to previous published results.
From the success of these initial experiments, additional steps were taken to produce At-211 in excess quantities for distillation purposes. In order to obtain viable quantities of At-211, the gross yield needed to be increased due to losses that are incurred during distillation and radioactive decay. The ability to produce high yields of this isotope required a redesign of the target and use of the K150 cyclotron using a higher beam intensity.
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Benchmark of the fission channels in TALYSNordström, Fredrik January 2021 (has links)
In this project, different fission models in the nuclear reaction code TALYS have been compared to GEF version 2020/1.2. The data included in the comparison are mass yield distributions, average prompt neutron energies per fragment mass, and average multiplicities of both neutrons and γ-rays per fragment mass. The reaction studied in the first part of the project is 1 keV neutron-induced fission of 235U. In the second part of the study, a variety of different nuclei and different incident energies were included in comparisons, but a limitation was set to only include neutron-induced fission. The results from the comparison suggested that TALYS fymodel 2 and 3 were less consistent with GEF than fymodel 4. For the comparisons with experimental data, fymodel 4 also performed better overall. TALYS fymodel 2 and 3 make use of implemented partial versions of GEF to produce fission fragment distributions, while fymodel 4 takes fission fragment distribution data from separate yieldfiles. A database of these yieldfiles with 737 different nuclei and 10 energy levels was produced, to be implemented in future versions of TALYS. The energy levels were chosen to get a range of energies that can be accurately interpolated between. This method of using TALYS fymodel 4 with a yieldfile from GEF consistently showed a strong agreement with GEF version 2020/1.2 for the mass yield distributions and the neutron multiplicities. The γ-ray multiplicities and the neutron energies show a slightly weaker agreement, and TALYS gives consistently smaller values than GEF for these quantities.
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Theoretical Analysis of Nuclear Cross SectionsCarryer, Samuel D. 25 April 2022 (has links)
No description available.
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Total Monte Carlo of the fission model in GEF and its influence on the nuclear evaporation in TALYSPeter, Karlsson January 2023 (has links)
Features recently added to the nuclear reaction software TALYS allow the use of the GEF model as a fission fragment generator. GEF generates data for fission fragment yields, total excitation energy (TXE), total kinetic energy (TKE) and individual fragment excitation energies (E*) with their standard deviations through Monte Carlo simulations for TALYS. In this work a framework named McPUFF was developed to couple GEF and TALYS and study the propagation of uncertainties in fission fragment data. The GEF model has a set of 94 parameters which were changed in order to produce perturbed output data. Both GEF and TALYS were modified to allow implementation of the Total Monte Carlo (TMC) method which is a method for handling the propagation of uncertainties throughout the simulation process. The developed framework allows the user to control aspects of the nuclear reaction using a set of input files. It is designed to be fast and memory efficient, performing simulations in parallel and storing all results in an object structure. A demonstration of the framework for the neutron induced fission of 235U, 238U and 239Pu was performed. Randomly perturbed sets of fission fragment data were created by GEF and fed into TALYS for simulation of the evaporation process using a Hauser-Feshbach statistical model. The impact that the perturbation of parameters in GEF has on results from TALYS were investigated for prompt particle multiplicity and energy. The results showed that a perturbation of parameter values in GEF by 3 percent has significant effects on values for fission observables produced by TALYS. The TALYS results for 235U showed an uncertainty for prompt neutron multiplicity of σn = 0.16 neutrons with an uncertainty for the neutron energy of σϵn = 0.03 MeV. The corresponding values for the uncertainty of the prompt γ-ray multiplicity were σγ = 0.10 γ-rays with an uncertainty for the γ-ray energy of σϵγ = 0.02 MeV. An investigation of how changes in the angular momentum of the fission fragments affects the evaporation process in GEF and TALYS was performed through the perturbation of the GEF parameter Jscaling. The results highlighted the need to scrutinize the handling of angular momentum in TALYS.
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Photoaktivierung des p-Kerns Mo-92 am Bremsstrahlungsmessplatz von ELBEErhard, Martin Andreas 22 December 2010 (has links) (PDF)
Das Thema der Arbeit ist experimentelle Bestimmung der Ausbeute durch Photoaktivierung von Mo-92 mittels Bremsstrahlung des supraleitenden Elektronenlinearbeschleuniger ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf. Mo-92 ist der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit und wird in astrophysikalischen Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert. Untersucht wurde dabei insbesondere der (gamma,p)- und (gamma,n)-Kanal, wobei für letzteren wegen der Halbwertszeit des Endkerns (Isomer) von 65 s eine Rohrpost verwendet wurde. Die Aktivierung erfolgte an zwei verschiedenen Bestrahlungsplätzen. Am Kernphysikmessplatz konnte die Photonenfluenz absolut mittels Kernresonanzfluoreszenz an B-11 bestimmt werden. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion Au-197(gamma,n) zur Normierung verwendet. Die Endpunktsenergie wurde über den Deuteronenaufbruch durch Messung der Protonenspektren mit Si-Detektoren bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit der integralen Ausbeute mit Hauser-Feshbach-Modellrechnungen verglichen. Parasitär konnte auch die Ausbeute der Aktivierung des in natürlichem Mo enthaltenen Isotops Mo-100 untersucht und mit früheren Photoneutronenexperimenten verglichen werden.
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Photoaktivierung des p-Kerns Mo-92 am Bremsstrahlungsmessplatz von ELBEErhard, Martin Andreas 01 October 2013 (has links) (PDF)
Die kosmische Nukleosynthese 35 protonenreicher stabiler Nuklide zwischen Selen und Blei kann nicht durch Neutroneneinfangprozesse erklärt werden. Es wird angenommen, dass diese Kerne in explosiven Szenarien, wie Supernova-Explosionen durch Protoneneinfang oder Photodesintegrationsprozesse, erzeugt werden, jedoch sind die solaren Häufigkeiten dieser sogenannten p-Kerne noch nicht verstanden. Der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit, 92Mo, wird in Nukleosynthese-Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert.
Eine mögliche Ursache könnten unpräzise Reaktionswirkungsquerschnitte sein, da die meisten Wirkungsquerschnitte nur aus Modellrechnungen bekannt sind. Daher war es naheliegend, die Photodesintegrationswirkungsquerschnitte von 92Mo mit der Methode der Photoaktivierung an der Strahlungsquelle ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf zu überprüfen.
Durch die hohe Intensität der Bremsstrahlung von bis zu 10^9 MeV^-1cm^-2s^-1 im Energiebereich bis zu 20 MeV konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmals nicht nur die (γ,n)-, sondern auch die (γ,p)-Reaktionen an 92Mo bei astrophysikalisch relevanten Energien untersucht werden. Durch die Messungen an zwei Bestrahlungsplätzen konnten systematische Unsicherheiten reduziert werden. Insbesondere wurde eine präzise Bestimmung der Photonenfluenz vorgenommen: Am Kernphysikmessplatz erfolgte die Bestimmung mittels Kernresonanzfluoreszenz an 11B. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion 197Au(γ,n) zur Normierung der Photonenfluenz verwendet, nachdem sie zuvor am Kernphysikmessplatz überprüft wurde.
Die Reaktion 92Mo(γ,n)91mMo, mit einer Halbwertszeit des Endkerns von 65 s, war dank einer Rohrpost zugänglich, mit der die Proben in weniger als 10 s von der Bestrahlungsstation zum Zerfallsmessplatz transportiert werden können. Die Messungen dieser Arbeit bestätigen im wesentlichen die Hauser-Feshbach-Modellrechnungen bezüglich der Photodesintegrationsreaktionen (γ,n) und (γ,p). Die Unterproduktion der Mo- und Ru-Isotope ist daher nicht erklärbar durch ungenaue Wirkungsquerschnitte. Zur Nukleosynthese dieser Kerne müssen andere astrophysikalische Prozesse, z.B. neutrinoinduzierte Reaktionen beitragen.
Die gemessenen Photoaktivierungsausbeuten haben eine hohe Empfindlichkeit auf die Photonenstärkefunktion. ÄAnderungen der Dipolriesenresonanzparameter wirken sich stärker auf berechnete Ausbeuten aus, als ÄAnderungen der Kernniveaudichte oder der Parameter des optischen Modells. Durch gleichzeitige Messung der Photodesintegration am Kern 100Mo konnten Unsicherheiten in der Normierung von Photoneutronenexperimentdaten aus der Positronenannihilation im Flug geklärt werden.
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Photoaktivierung des p-Kerns Mo-92 am Bremsstrahlungsmessplatz von ELBEErhard, Martin Andreas January 2013 (has links)
Die kosmische Nukleosynthese 35 protonenreicher stabiler Nuklide zwischen Selen und Blei kann nicht durch Neutroneneinfangprozesse erklärt werden. Es wird angenommen, dass diese Kerne in explosiven Szenarien, wie Supernova-Explosionen durch Protoneneinfang oder Photodesintegrationsprozesse, erzeugt werden, jedoch sind die solaren Häufigkeiten dieser sogenannten p-Kerne noch nicht verstanden. Der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit, 92Mo, wird in Nukleosynthese-Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert.
Eine mögliche Ursache könnten unpräzise Reaktionswirkungsquerschnitte sein, da die meisten Wirkungsquerschnitte nur aus Modellrechnungen bekannt sind. Daher war es naheliegend, die Photodesintegrationswirkungsquerschnitte von 92Mo mit der Methode der Photoaktivierung an der Strahlungsquelle ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf zu überprüfen.
Durch die hohe Intensität der Bremsstrahlung von bis zu 10^9 MeV^-1cm^-2s^-1 im Energiebereich bis zu 20 MeV konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmals nicht nur die (γ,n)-, sondern auch die (γ,p)-Reaktionen an 92Mo bei astrophysikalisch relevanten Energien untersucht werden. Durch die Messungen an zwei Bestrahlungsplätzen konnten systematische Unsicherheiten reduziert werden. Insbesondere wurde eine präzise Bestimmung der Photonenfluenz vorgenommen: Am Kernphysikmessplatz erfolgte die Bestimmung mittels Kernresonanzfluoreszenz an 11B. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion 197Au(γ,n) zur Normierung der Photonenfluenz verwendet, nachdem sie zuvor am Kernphysikmessplatz überprüft wurde.
Die Reaktion 92Mo(γ,n)91mMo, mit einer Halbwertszeit des Endkerns von 65 s, war dank einer Rohrpost zugänglich, mit der die Proben in weniger als 10 s von der Bestrahlungsstation zum Zerfallsmessplatz transportiert werden können. Die Messungen dieser Arbeit bestätigen im wesentlichen die Hauser-Feshbach-Modellrechnungen bezüglich der Photodesintegrationsreaktionen (γ,n) und (γ,p). Die Unterproduktion der Mo- und Ru-Isotope ist daher nicht erklärbar durch ungenaue Wirkungsquerschnitte. Zur Nukleosynthese dieser Kerne müssen andere astrophysikalische Prozesse, z.B. neutrinoinduzierte Reaktionen beitragen.
Die gemessenen Photoaktivierungsausbeuten haben eine hohe Empfindlichkeit auf die Photonenstärkefunktion. ÄAnderungen der Dipolriesenresonanzparameter wirken sich stärker auf berechnete Ausbeuten aus, als ÄAnderungen der Kernniveaudichte oder der Parameter des optischen Modells. Durch gleichzeitige Messung der Photodesintegration am Kern 100Mo konnten Unsicherheiten in der Normierung von Photoneutronenexperimentdaten aus der Positronenannihilation im Flug geklärt werden.
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Photoaktivierung des p-Kerns Mo-92 am Bremsstrahlungsmessplatz von ELBEErhard, Martin Andreas 26 February 2010 (has links)
Das Thema der Arbeit ist experimentelle Bestimmung der Ausbeute durch Photoaktivierung von Mo-92 mittels Bremsstrahlung des supraleitenden Elektronenlinearbeschleuniger ELBE im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf. Mo-92 ist der p-Kern mit der größten Isotopenhäufigkeit und wird in astrophysikalischen Netzwerkrechnungen deutlich unterproduziert. Untersucht wurde dabei insbesondere der (gamma,p)- und (gamma,n)-Kanal, wobei für letzteren wegen der Halbwertszeit des Endkerns (Isomer) von 65 s eine Rohrpost verwendet wurde. Die Aktivierung erfolgte an zwei verschiedenen Bestrahlungsplätzen. Am Kernphysikmessplatz konnte die Photonenfluenz absolut mittels Kernresonanzfluoreszenz an B-11 bestimmt werden. Im Elektronenstrahlfänger wurde die Photodesintegrationsreaktion Au-197(gamma,n) zur Normierung verwendet. Die Endpunktsenergie wurde über den Deuteronenaufbruch durch Messung der Protonenspektren mit Si-Detektoren bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit der integralen Ausbeute mit Hauser-Feshbach-Modellrechnungen verglichen. Parasitär konnte auch die Ausbeute der Aktivierung des in natürlichem Mo enthaltenen Isotops Mo-100 untersucht und mit früheren Photoneutronenexperimenten verglichen werden.
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