Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-01-19T10:26:11Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-01-19T10:26:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Um dos parâmetros fundamentais da física de reatores é a curvatura do fluxo de nêutrons (Buckling) do núcleo do reator. Ele está relacionado com outros parâmetros importantes, tais como as taxas de reação, potencia de operação, queima de combustível, entre outros. Num reator crítico, o Buckling depende das características geométricas e de material do núcleo do reator. Este trabalho apresenta os resultados do Buckling experimental para o reator nuclear IPEN/MB-01 em sua configuração cilíndrica com 28 barras de combustível ao longo de seu diâmetro. O IPEN/MB-01 é um reator de potência zero projetado para operar em uma potência máxima nominal de 100 watts. É uma instalação nuclear versátil que permite a simulação de todas as características de um grande reator nuclear e ideal para este tipo de medição. Foi realizado um mapeamento do fluxo de nêutrons no interior do reator e, assim, determinado o Buckling total da configuração cilíndrica. O reator foi operado durante uma hora para cada experimento. Em seguida, a taxa de reação nuclear das varetas de combustível foram medidas por espectrometria gama em um detector de germânio hiper-puro (HPGe) que escaneou as varetas axial e radialmente. Foram analisados os fótons gama do 239Np ( 276,6 keV ), gerado a partir da captura de nêutrons epitérmicos e rápidos, e do 143Ce ( 293,3 keV ), gerado por fissão em ambos 238U e 235U, respectivamente. Foram analisadas as direções axial e radial. Outras medições foram realizadas com fios e folhas de ouro nas direções radial e axial do núcleo do reator. O Buckling total obtido a partir da média ponderada dos três métodos medidos é de 96,55 ± 7,47 m-2. Os objetivo dos valores experimentais obtidos é obter um conjunto de dados experimentais que permitam uma comparação direta com valores calculados pelos códigos de Física de Reatores CITATION e MCNP. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-02-03T11:57:50Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-02-03T11:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi realizado um estudo sistemático, das interações hiperfinas (campo hiperfino magnético e campo hiperfino elétrico), nos compostos do tipo RMn2Si2 e RMn2Ge2 (onde R = La, Nd, Pr), sendo que, para a amostra de La foi estudada a série LaMn2(Si(1-x)Gex)2 (onde x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1), por meio da técnica de correlação angular gama-gama perturbada (CAP), utilizando os núcleos de prova 111In(111Cd) e 140La(140Ce). Além disso, foram realizadas medições para a caracterização estrutural utilizando a técnica de difração de raios X, para a caracterização magnética, a nível macroscópico, através de medições de magnetização, caracterização nuclear utilizando a técnica de espectrometria da radiação gama e um estudo complementar por cálculos de primeiros princípios somente para as amostras de LaMn2Ge2 e LaMn2Si2. A maior contribuição para o comportamento magnético nesses compostos tem origem no ordenamento magnético da sub rede do Mn, que aparece em temperaturas relativamente altas, da ordem de 480 K, sendo que, esses compostos possuem um ordenamento antiferromagnético e próximo a temperatura ambiente passam a possuir um ordenamento ferromagnético. Além disso, para o caso especifico dos compostos PrMn2Ge2 e NdMn2Ge2, abaixo de 40K é observado, também, o ordenamento ferromagnético dos spins da sub rede da terra rara. O núcleo de prova 111In(111Cd) foi utilizado para medir, tanto as interações de quadrupolo elétrico, como de dipolo magnético na rede do Mn (interação matrizmatriz). Esses resultados evidenciaram a transição de fase magnética (antiferromagnética para ferromagnética), sendo que, o campo hiperfino magnético, para as duas fases magnéticas, segue o comportamento da função de Brillouin. Já o núcleo de prova 140La(140Ce) permitiu medir a interação de dipolo magnético, tanto originada pela rede do Mn, como pela rede da terra rara. Mas, nesse caso, pode ser verificado somente o campo hiperfino magnético da fase ferromagnética da rede do Mn. Para a análise dos resultados PAC levou-se em conta uma interação matriz-impureza, pois o íon Ce3+ possui um elétron 4f desemparelhado, que pode contribuir para o campo hiperfino total. O composto LaMn2Si2 apresentou o comportamento do campo hiperfino magnético com a temperatura que segue o comportamento da função de Brillouin. Já os compostos LaMn2Ge2, PrMn2Ge2 e NdMn2Ge2 apresentaram um comportamento anômalo ao da função de Brillouin. Esse comportamento pode ser associado a uma forte hibridização da banda 4f do Ce com a banda 3d do Mn, tal conclusão foi reforçada pelos resultados do DOS (densidade de estados), resultados dos cálculos de primeiros princípios, dos compostos LaMn2Si2 e LaMn2Ge2. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-08-26T12:05:53Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-08-26T12:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A radioatividade natural presente em solos, rochas e materiais de construção, devida ao 40K e às séries radioativas do 232Th e 238U é a principal contribuição à exposição externa aos seres humanos. Neste trabalho, determinou-se as concentrações de atividade de 226Ra (da série do 238U), 232Th e 40K presentes em 50 amostras de tintas látex de cor branca comercializadas no Brasil, especificamente, 15 do tipo econômico, 15 do tipo standard, 20 do tipo premium e em uma amostra de dióxido de titânio. As amostras foram seladas e armazenadas por um período mínimo de 30 dias para se alcançar o equilíbrio radioativo secular nas séries do 238U e do 232Th e medidas pela técnica analítica de espectrometria gama de alta resolução. As concentrações de atividade foram calculadas utilizando-se as médias ponderadas pelas incertezas do 214Pb e 214Bi para o 226Ra e médias ponderadas pelas incertezas do 228Ac, 212Pb e 212Bi para o 232Th. A concentração de atividade do 40K foi determinada pela sua transição única de 1460,8 keV. Fatores de autoatenuação gama foram calculados e utilizados para correção da concentração de atividade das amostras com densidade maior que 1,0 g.cm-3. Os índices radiológicos equivalente em rádio (Raeq), índice de concentração de atividade (Iγ), índice de risco à exposição gama interna (Hin), o índice de risco à exposição gama externa (Hex) e a taxa de dose (D) e dose efetiva anual (Def) foram calculados a partir das concentrações de atividade do 226Ra, 232Th e 40K. As concentrações de atividade de 226Ra das tintas variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 38,7 Bq.kg-1, as de 232Th variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 101,2 Bq.kg-1 e as de 40K variaram entre valores abaixo da atividade mínima detectável e 256 Bq.kg-1. O Raeq variou entre 1,41 Bq.kg-1 e 203 Bq.kg-1, o Iγ variou entre 0,0047 e 0,720, o Hin variou entre 0,0076 e 0,653 e o Hex variou entre 0,0038 e 0,549. A taxa de dose variou de 0,170 nGy.h-1 a 21,3 nGy.h-1 e a dose efetiva anual variou entre 0,83 μSv.a-1 e 104,2 μSv.a-1. Estes resultados mostram que as concentrações de atividades das tintas utilizadas neste estudo estão abaixo dos limites recomendados por Hassan et al. para Raeq (370 Bq.kg-1), pela Comissão Européia para o Iγ (limite de 2 para materiais superficiais) e pela Organização para Cooperação Econômica e Desenvolvimento para Hin e para Hex (ambos com limite de 1), para todas as 50 amostras estudadas, mostrando assim a segurança destas tintas com relação a proteção radiológica. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-01T17:31:29Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-01T17:31:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os níveis de radioatividade natural do planeta e suas eventuais consequencias são objeto de estudo da radioproteção ambiental. Nos últimos anos, as agências internacionais ligadas à proteção radiológica têm debatido as práticas até então estipuladas, no que diz respeito à proteção da fauna e flora, cuja filosofia acreditava que as recomendações sugeridas para a proteção do homem asseguravam que outras espécies estariam também protegidas. Assim, são necessários estudos sobre as concentrações de atividade dos radionuclídeos dispersos no meio ambiente, assim como as doses absorvidas por organismos de diferentes ecossistemas, pela exposição interna e externa. O Brasil possui a segunda maior população de cães e gatos do mundo e produz anualmente mais de 2 milhões de toneladas de rações. O presente trabalho investigou os níveis de radioatividade presentes em rações comerciais para cães e gatos, por meio da espectrometria gama de alta resolução. Os resultados mostraram concentrações abaixo da MDA para radionuclídeos artificiais e baixas concentrações para radionuclídeos naturais, cujos valores variaram de 0,9 ± 0,3 Bq/kg a 5,1 ± 0,7 Bq/kg para o 226Ra, de 1,2 ± 0,4 Bq/kg a 11,1 ± 1,0 Bq/kg para o 232Th e de 156 ± 7 Bq/kg a 410 ± 19 Bq/kg para o 40K. Para verificar a composição de alguns minerais, foi empregada a técnica por EDXRF e, utilizando estatística multivariada, foi possível verificar as correlações entre os radionuclídeos e o conteúdo mineral encontrado. A boa correlação que foi observada entre as concentrações de 226Ra, 232Th e cálcio, pode estar associada ao uso de farinhas de carne e ossos na fabricação das rações. As doses internas para alguns órgãos foram inferidas pelo método de Monte Carlo, obtendo valores menores que 1 μGy/dia. Em síntese, os resultados mostraram que os níveis de atividade encontrados nas rações são baixos o suficiente para concluir que as marcas de ração canina avaliadas não fornecem riscos radiológicos para os animais que as consomem. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) has developed a method for final disposal of spent nuclear fuel. This technique requires accurate measurement of the residual decay heat of every assembly. For this purpose, depletion codes as well as calorimetric and gamma-ray spectroscopy experimental methods have been developed and evaluated. In this work a prototype analysis tool has been developed to automate the analysis of both calorimetric and gamma-ray spectroscopy measurements. The performance of the analysis tool has been investigated by comparing its output with earlier results and calculations. Parallel to the software development, new measurements on 73 BWR assemblies were performed. The results obtained for the determination of the residual decay heat are presented. Finally, suggestions for further development are outlined and discussed.

Les travaux effectués au cours de cette thèse au sein du groupe de structure nucléaire de l’IPN d’Orsay s’articulent autour de la production, en vue d’une étude par spectroscopie gamma, de noyaux exotiques riches en neutron de la couche fp. Dans ce cadre, nous avons mis en place, auprès de l’accélérateur Tandem d’Orsay, un multi-détecteur au germanium baptisé ORGAM, destiné à la spectroscopie gamma à haute résolution. Au cours de l’année 2008-2009, les détecteurs amenés à composer ORGAM ont été testés individuellement, ainsi que le dispositif annexe de réjection Compton, en coopération avec la division instrumentation du laboratoire. Parallèlement, le système d’alimentation automatique en azote liquide, destiné au maintien des détecteurs à basse température, a été amélioré et fiabilisé. L’ensemble du dispositif a été mis en place sur une ligne de faisceau de l’accélérateur tandem avec le concours du personnel technique de l’accélérateur.La première expérience utilisant le dispositif ORGAM a été réalisée en juillet 2009. Cette expérience, dont les données ont été analysées dans le cadre de ce travail, visait à étudier les collisions profondément inélastiques entre un faisceau de 36S accéléré à 154 MeV, et une cible de 70Zn. Un dispositif permettant la détection des particules chargées émises à grand angle a été utilisé afin d’identifier les fragments de ces collisions. Il n’a pas été possible, du fait du fond important induit par la diffusion élastique du faisceau dans la cible, d’identifier directement ces fragments. L’étude des coïncidences gamma-gamma avec le détecteur ORGAM a cependant permis de mettre en évidence de nombreuses cascades de photons désexcitant des noyaux potentiellement produits par les réactions d’intérêt.Les données recueillies au cours d’une autre expérience, réalisée auprès du tandem d’Orsay en 2005, ont été analysées dans le cadre de ce travail. Cette expérience, visant à produire par fusion évaporation entre un faisceau de 14C à 25 MeV et une cible de 48Ca, les noyaux de 59Mn et de 57Cr, a permis d’établir une partie du spectre en énergie d’excitation de ces noyaux, jusqu'à une énergie d’excitation supérieure à 3 MeV.Une étude théorique des noyaux de chrome impairs de la couche fp a été tentée à l’aide d’un modèle phénoménologique de couplage intermédiaire. Ce modèle a permis une description satisfaisante du 53Cr. Les prédictions du modèle, qui ne prend pas en compte l’interaction entre nucléons de valence, se sont avérées beaucoup moins satisfaisante pour les noyaux de 55Cr et 57Cr. / This PhD thesis was prepared within the nuclear structure group of IPN Orsay. The work presented aimed to produce neutron rich fp shell nuclei through heavy ion collisions at the tandem accelerator of IPN, and to study them using gamma spectroscopy. For this purpose, a germanium gamma array called ORGAM, and dedicated to high resolution gamma spectroscopy, was set up at the tandem accelerator. During the year 2008/2009, the individual germanium detectors were tested and repaired, as well as their ancillary anti-Compton shielding. At the same time, the liquid nitrogen auto-fill system was improved for better reliability. The array was finally set up on a beam line of the accelerator.The first experiment using the ORGAM array was performed in July 2009. This experiment aimed to study fully damped deep-inelastic collisions between a 36S beam accelerated to 154 MeV, and a 70Zn target. An additional charged particle detection system was used to detect interesting fragments emitted at backward angles. It was not possible to separate these fragments from the background induced by backscattered ions from the beam. Nevertheless, the study of gamma-gamma coincidences detected with the ORGAM array allowed to identify gamma cascades de-exciting nuclei potentially produced through the mechanism of interest. Data accumulated during another experiment performed at the tandem accelerator in 2005 were analyzed. Fusion-evaporation reaction between a 25 MeV, 14C beam focused on a 48Ca target produced the 57Cr and 59Mn nuclei, whose energy spectra were established up to 3 MeV.We attempted to study theoretically odd Chromium isotopes with a simple model based on the intermediate coupling scheme. This model, which doesn’t take into account correlation between valence nucleons, described in satisfactory way the semi-magic + 1 neutron, 53Cr, but failed to do so for mid-shell nuclei 55Cr and 57Cr.

Nowadays there is research into molten salt reactors. The use of chlorine-based salts, which would be more available than known fluoride salts, is envisaged. The subject of research is not only the chemical and physical properties of chloride salts, but also their behavior in the neutron field and the influence of neutron balance inside the reactor. Many properties can also be determined using calculations that draw information from scientific nuclear libraries (endf). The purpose of this work is to compare important nuclear libraries with each other, and also to compare the reaction rates calculated from the library data with the reaction rates obtained by self-measurement. The preview will include a description of the necessary activities associated with the preparation of measurements, instructions for compiling the computer program NJOY and the process of the measurement itself. At the end of the work will be summarized the results and statements of which nuclear library is the closest in its values to the results of experiments.

La structure nucléaire en couches sphériques évolue en allant vers des régions de plus en plus exotiques de la carte des noyaux. Par conséquent, les nombres magiques conventionnels (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) peuvent disparaître loin de la stabilité, tandis que de nouveaux apparaissent.L’évolution des gaps entre états de particule individuelle loin de la stabilité a essentiellement deux origines : les dérives monopolaires et l’augmentation de la collectivité. Les dérives monopolaires sont essentiellement dues à l’interaction proton-neutron (composante spin-isospin de l’interaction nucléaire). On se concentre dans cette thèse sur les isotopes impairs N=51 et en particulier sur 83Ge, le plus proche de 79Ni que l’on peut étudier actuellement par spectroscopie γ de précision. Pour cela, deux expériences complémentaires ont été réalisées. Une première expérience, au GANIL avec AGATA, VAMOS et le plunger OUPS a permis de mesurer les durées de vie des états excités Yrast des produits de la réaction 238U(9Be,f). Une seconde expérience pour l’étude par spectroscopie γ β-retardée de 83Ge afin de peupler les états non-Yrast a été réalisée afin d’avoir une vue d’ensemble de la spectroscopie de 83Ge.La complémentarité de ces deux expériences a permis de mettre en évidence un état intru pour la première fois au delà du gap N=50 dans 83Ge et ainsi avoir plus d’information sur l’évolution du gap νg9/2νd5/2 associé au nombre magique de spin-orbite N=50. Une analyse détaillée de ses deux expériences est présentée dans ce manuscript. De plus, une comparaison avec un modèle semi-microscopique coeur-particule est aussi réalisée. / Nuclear spherical shell structure evolves towards more and more exotic regions of the nuclear chart. Therefore, conventional magic numbers (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) can disappear while new ones appear. 
The evolution of gaps between single-particle states far from stability has essentially two origins : monopole drift and the collectivity enhancement. The monopole drifts are mostly coming from neutron-proton interaction (spin-isospin term of the nuclear interaction). In this thesis, we focused on the study of N=51 isotones and in particular 83Ge, the closest to 79Ni that can be studied nowadays by detailled γ-spectroscopy. For this purpose, two complementary experiments were performed. A first experiment, at GANIL with AGATA, VAMOS and the OUPS plunger device allowed us to measure lifetime of Yrast excited states in the 238U(9Be,f) reaction products. A second experiment for the study of β-delayed γ-spectroscopy of 83Ge was performed in order to populate non-Yrast states so that has an overview of the spectroscopy of 83Ge.The complementarity of these two experiments allowed highlighting for the first time an intruder state above the N=50 gap in 83Ge and thus, it adds information about the evolution of the νg9/2νd5/2 gap corresponding to the N=50 shell closure.A detailed analysis of both experiments is presented in this manuscript. In addition, a comparison to a semi-microscopic core-particle model is performed.

Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company- SKB has conducted measurement campaigns at the Swedish central interim storage facility for spent nuclear fuel- CLAB over the years, extending from year 2003 to 2019 where the gamma energy escape was acquired. At CLAB the spent nuclear fuel assembly is inserted into the calorimeter; device intended to measure temperature increase due to decay heat from the fuel assembly. The calorimetric construction is surrounded by water the medium in which the temperature deviations occur and thus are also measured by the calorimeter. However, there is some leakage of gamma energy from the calorimetric construction and does not contribute to the heating of the water. Therefore, only considering the calorimetric measurements is not enough to estimate the total decay heat in the fuel assembly since these measurements fail to account for the gamma escape. Measurements of gamma energy escape acquired over the years at CLAB were observed to have some tendencies that where questionable, mainly some stochastic behavior indicating that their uncertainty was profound. In the scope of the thesis a computational method was developed to calculate the gamma energy escape and thus assist in determining which measurements to discard. Combination of two programs were used one being Spent Nuclear fuel- SNF and the second Monte Carlo N particle Simulator- MCNP, to obtain the computational gamma energy escape for different fuel assemblies and cooling times- CTs. It was established that the escape had a range between 1-3,5% and that it had a dependency on CT, fuel assembly type and operational history. Calculated radial exponential decay coefficient for fuel assemblies of the medium; water had also a clear dependency on CT where values of the coefficient increased over CT. Normalized gamma energy distribution over a rotation around the fuel assembly was calculated and it showed that the assembly tended to have the highest radiation coming from its corner rods. The verification of the computational gamma escape results with corresponding measurements yielded that the agreement was quite good for the earlier measurement campaigns. However, deviation became evident after the 2007 campaign where the calculated values were underestimated compared to the measured.

Cintiladores inorgânicos com tempo de decaimento de luminescência rápido, densidade alta e boa produção de luz têm sido objeto de estudos para aplicações em física nuclear, física de energias altas, tomografia nuclear e outros campos da ciência e da engenharia. Cristais de cintilação baseados em iodeto de césio (Csl) são materiais que apresentam higroscopia relativamente baixa, número atômico alto, fácil manuseio e custo baixo, características que favorecem o seu uso como detectores de radiação. Neste trabalho descreve-se a obtenção de cristais Csl puro, Csl:Br e Csl:Pb, utilizando-se a técnica de Bridgman. A concentração do elemento dopante bromo (Br) foi estudada no intervalo de 1,5x10-1 M a 10-2 M e o elemento chumbo (Pb) no intervalo de 10-2 M a 5x10-4 M. Para avaliar os cintiladores desenvolvidos foram efetuadas medidas sistemáticas de emissão de luminescência e tempo de decaimento de luminescência para a radiação gama, ensaios de transmitância óptica, ensaios de microdureza Vickers, determinações da distribuição dos dopantes ao longo dos cristais crescidos e análise da resposta dos cristais à radiação gama no intervalo de energia de 350 keV a 1330 keV e partículas alfa provenientes de fonte de 241Am com energia de 5,54 MeV. Os resultados obtidos de tempo de decaimento de luminescência para os cristais CsI:Br e CsI:Pb, no intervalo de 13 ns a 19 ns, mostraram-se promissores para medidas de alta energia. O estudo de microdureza mostrou um aumento significativo em função da concentração dos elementos dopantes, quando comparado ao cristal Csl puro, melhorando desta forma a resistência mecânica dos cristais crescidos. A validade de utilização desses cristais como sensores de radiação para medidas de radiação gama e partículas alfa, pode ser demonstrada pelos resultados da resposta à radiação. / Inorganic scintillators with fast luminescence decay time, high density and high light output have been the object of studies for application in nuclear physics, high energy physics, nuclear tomography and other fields of science and engineering. Scintillation crystals based on cesium iodide (CsI) are matters with relatively low higroscopy, high atomic number, easy handling and low cost, characteristics that favor their use as radiation detectors. In this work, the growth of pure CsI crystals, CsI:Br and CsI:Pb, using the Bridgman technique, is described. The concentration of the bromine doping element (Br) was studied in the range of 1,5x10-1 M to 10-2 M and the lead (Pb) in the range of 10-2 M to 5x10-4 M. To evaluate the scintillators developed, systematic measurements were carried out for luminescence emission and luminescence decay time for gamma radiation, optical transmittance assays, Vickers micro-hardness assays, determination of the doping elements distribution along the grown crystals and analysis of crystals response to the gamma radiation in the energy range of 350 keV to 1330 keV and alpha particles from a 241Am source, with energy of 5.54 MeV. It was obtained 13 ns to 19 ns for luminescence decay time for CsI:Br and CsI:Pb crystals. These results were very promising. The results obtained for micro-hardness showed a significant increase in function of the doping elements concentration, when compared to the pure CsI crystal, increasing consequently the mechanical resistance of the grown crystals. The validity of using these crystals as radiation sensors may be seen from the results of their response to gamma radiation and alpha particles.