Sigma 29, 1-10, 2011 Research Article / Araştırma Makalesi ABSOLUTE YIELD DETERMINATION OF A 14 - MeV NEUTRON GENERATOR

Benzer belgeler
BAZI KISA YARI ÖMÜRLÜ ÇEKİRDEKLERİN YARILANMA SÜRELERİNİN BELİRLENMESİ

KISA YARI OMURLU ÇEKİRDEKLERİN YARILANMA SÜRELERİNİN BELİRLENMESİ

Radyasyon Ölçüm Cihazları

NÜKLEER REAKSİYONLAR II

Öğr. Gör. Demet SARIYER

Öğr. Gör. Dr. Demet SARIYER

Öğr. Gör. Demet SARIYER

NÜKLEER FİSYON Doç. Dr. Turan OLĞAR

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ DERS. Prof. Dr. Haluk YÜCEL RADYASYON DEDEKSİYON VERİMİ, ÖLÜ ZAMAN, PULS YIĞILMASI ÖZELLİKLERİ

UBT Foton Algılayıcıları Ara Sınav Cevap Anahtarı Tarih: 22 Nisan 2015 Süre: 90 dk. İsim:

Nükleer Spektroskopi Arş. Gör. Muhammed Fatih KULUÖZTÜRK

BAKIR ATOMUNDA K,L,M ZARFLARI

Nükleer Tıpta Kullanılan 61,64,67. Cu Radyoizotoplarının Üretimi için (p,α) Reaksiyon Tesir Kesiti

Çok kanallı analizör deneylerinin ilk aşaması olan enerji kalibrasyonu incelenecektir.

HIZU NÖTRON AKTİVASYON ANALİZİ YARDIMI ILE FOSFAT KAYALARINDA FLUOR TAYINI

TRS 398 VE YÜKSEK ENERJİLİ FOTONLARDA DOZ KALİBRASYONU

Theory Tajik (Tajikistan)

FİZ314 Fizikte Güncel Konular

1. Hafta. İzotop : Proton sayısı aynı nötron sayısı farklı olan çekirdeklere izotop denir. ÖRNEK = oksijenin izotoplarıdır.

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...

RADYASYON DEDEKTÖR ÇEŞİTLERİ

Aralığında (γ,p) Reaksiyon Tesir Kesiti Hesaplamaları

NÖTRON RADYASYONU ZIRHLAMA MALZEMESİ OLARAK POLYESTER MATRİSLİ VERMİKÜLİT TAKVİYELİ NUMUNE HAZIRLANMASI VE ZIRHLAMA KABİLİYETİNİN ARAŞTIRILMASI

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

TAEK Proton Hızlandırıcı Tesisi (PHT) (E<30 MeV için) SAĞLIK, MÜHENDİSLİK VE NÜKLEER UYGULAMALARI

ULUSAL PROTON HIZLANDIRICILARI ÇALIŞTAYI

Alüminyum Hedefte Depolanan Enerjinin Elektron Enerjisi ile Değişimi. Variation of Deposition Energy with Electron Energy in Aluminum Target

ESM 309-Nükleer Mühendislik

KÖMÜRLERDE KÜL ORANININ 2-µ ve DEMİR DÜZELTME YÖNTEMİ İLE ÖLÇÜLMESİ. (MEASUREMENT OF ASH CONTENT OF COALS BY USING 2-µ AND IRON COMPENSATION METHOD)

ARAŞTIRMA MAKALESİ /RESEARCH ARTICLE

MONTE CARLO. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ. Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü Enstitü Müdürü

Radyoterapide Zırhlama Hesapları (NCRP 151) Medikal Fizik Uzmanı Güngör ARSLAN

Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Isparta.

ı s- _T ~ ~oc s TR

Fisyon,Füzyon, Nükleer Güç Santralleri ve Radyasyon. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü

Fen ve Mühendislik Bilimleri için Fizik

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Fen ve Mühendislik Bilimleri için Fizik

FARKLI ÇİMENTOLARLA ÜRETİLEN ÇİMENTO PASTALARININ RADYASYON ZIRHLAMA ÖZELLİKLERİ

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar

FİSYON. Ağır çekirdekler nötronla bombardıman edildiklerinde bölünürler.

Doç.Dr.Bahar DİRİCAN Gülhane Askeri Tıp Akademisi Radyasyon Onkolojisi AD 10 Nisan ANKARA

DERS ÖĞRETİM PLANI. (Bölümden Bağımsız hazırlanmıştır

GAMA TRANSMİSYON TEKNİĞİ İLE Cs-137 GAMA KAYNAĞI KULLANILARAK FARKLI METALLER İÇİN KALINLIK TAYİNİ

TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ SERBEST ELEKTRON LAZERİ PROJESİ

NÜKLEER YAKIT ÜRETİMİ VE NÜKLEER ATIK DÖNÜŞÜMÜNDE HIZLANDIRICI KAYNAKLI SİSTEMLE FÜZYON-FİSYON (HİBRİD) SİSTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

ISSN : iskender@fef.sdu.edu.tr Isparta-Turkey BAZI MERMER ÖRNEKLERİNDE DOĞAL RADYOAKTİVİTE

Radyasyon Uygulamalarının Fizik Mühendisliği ve Eğitiminden Beklentileri. Dr. Abdullah ZARARSIZ Fizik Mühendisleri Odası

Lineer Enerji Transferi (LET) ve Rölatif Biyolojik Etkinin (RBE) Radyobiyolojik Önemi

Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü TOPOGRAFYA (HRT3351) Yrd. Doç. Dr. Ercenk ATA

Alüminyum Test Eğitim ve Araştırma Merkezi. Mart 2017

Ulusal Metroloji Enstitüsü GENEL METROLOJİ

Bitlis Eren Üniversitesi Đleri Araştırma Laboratuarı Nükleer Fizik Birimi

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu. Test 1 in Çözümleri

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I ISI İLETİMİ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

ÇEKİRDEK TEMEL DÜZEY ÖZELLİKLERİ ve ÇEKİRDEK ŞEKİLLERİ ve YOĞUNLUKLARI Çekirdeklerin çok küçük boyutlarına rağmen onların şekilleri ve

İçindekiler: CERN Globe Binası ve Micro Cosmos Müzesi

İYONLAŞTIRICI RADYASYON BULUNAN İŞYERLERİNDE İŞ HİJYENİ

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BĠR BETA KAYNAĞININ LÜMĠNESANS ÖLÇÜMLERĠ ĠÇĠN KALĠBRASYONU

ST7 Sayım Sistemi ve Antrasen Kristali Kullanılarak Yapılacak Deneyler DENEY 1

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

DEMOCRİTUS. Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400 lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur.

Yarı ömrü ve radyoaktif denge

FARKLI IN-VIVO DOZİMETRİ TEKNİKLERİ İLE FARKLI IMRT TEKNİKLERİNDE İNTEGRAL DOZ TAYİNİ

HİDROGRAFİK ÖLÇMELERDE ÇOK BİMLİ İSKANDİL VERİLERİNİN HATA ANALİZİ ERROR BUDGET OF MULTIBEAM ECHOSOUNDER DATA IN HYDROGRAPHIC SURVEYING

Doktora: Akdeniz Üniversitesi Nükleer Fizik (2011- Devam ediyor) Yüksek Lisans: Sakarya Üniversitesi Atom ve Molekül Fiziği ( )

ESM 309-Nükleer Mühendislik

NÖTRON ÜRETEÇLERİ YÜKSEK ENERJİ FİZİĞİNE GİRİŞ MBN 315

Kazdağları/Edremit Ormanlık Alanlarında 137 Cs Kaynaklı Gama Doz Hızı Tahmini

İYON ODALARI VE DOZİMETRE KALİBRASYONLARI

LiH Reaktör Moderatör Malzemesi İçin Hadronik Etkileşimlerin Geant4 Benzetimi

AKTIVASYON ANALİZİ VE BU METODUN KAYA NUMUNELERİNE UYGULANMASI

- Tsukuba Science City

RADYASYON ve RADYASYONDAN KORUNMA. Cansu Akbay Biyomedikal Yük. Mühendisi Elektrik Mühendisleri Odası Ankara Şubesi

X-ISINI FLÜOBESANS METODU İLE FİLİZ NUMUNE İÇİNDE URANYUM TAYİNİ

X-IŞINI FLORESANS SPEKTROSKOPİSİ. X-ışınları spektrometresi ile numunelerin yarı kantitatif olarak içeriğinin belirlenmesi.

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ

KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

Ulusal Proton Hızlandırıcı Çalıştayı

YÜKSEK ENERJİLİ X- IŞINLARIYLA YAPILAN TEDAVİLERDE KARBON FİBER MASANIN CİLT VE İZOMERKEZ DOZUNA ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Ç.Ü Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi Yıl:2012 Cilt:28-5

METRİ HIZLANDIRICILAR. Mehmet YÜKSELY ÇÜ FBE Fizik ABD.

1 BEÜ./ÖĞR.İŞL FEN-EDEBİYAT FAKÜLTESİ FİZİK BÖLÜMÜ BÖLÜM KODU : 3111 HAZIRLIK SINIFI

Hızlandırıcılardan Yayınlanan Çatı Radyasyonunun Uzaklığa Bağlı Doz Değerleri

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KAYA MEKANİĞİ LABORATUVARI

İMÖ 206 VİZE SINAVI - 18 NİSAN 2003

Soru 1 (20) 2 (20) 3 (30) 4 (30) Toplam Puan Radyasyon Fiziği Final Sınavı

ISSN : cbasyigit@tef.sdu.edu.tr Isparta-Turkey AĞIR AGREGALARIN RADYASYON ZIRHLAMA ÖZELLİKLERİ

ALFA BOZUNUMU MEHMET YÜKSEL ÇÜ FBE FİZİK ABD ADANA-2010

Ankara Üniversitesi, Nükleer Bilimler Enstitüsü ALFA IŞINLARI

LCD 4 Fantomu Üzerinde Sayım ve Görüntüleme Dedektörleri Kullanılarak Yapılan Kontrast Ölçümlerinin Karşılaştırılması

<<<<<HABER VE DUYURU<<<<<

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ. GAMA IŞINI DEDEKTÖR SİMÜLASYONU ve GAMA KAYNAĞININ YERİNİN BELİRLENMESİ

IAEA-TRS 398 Foton Dozimetrisi

T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ NÖTRON AKTİVASYON YÖNTEMİ İLE MERİÇ HAVZASI ÖRNEKLERİNİN İNCELENMESİ. Canan DOĞAN YÜKSEK LİSANS TEZİ

Küçük ve Mikro Ölçekli Enerji Yatırımları için Hibrit Enerji Modeli

Transkript:

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 29, 1-10, 2011 Research Article / Araştırma Makalesi ABSOLUTE YIELD DETERMINATION OF A 14 - MeV NEUTRON GENERATOR Derya YILMAZ BAYSOY* 1, Atilla İskender REYHANCAN 2, Metin SUBAŞI 1 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Esenler-İSTANBUL 2 ÇNAEM, Fizik Bölümü, P.K.1 Atatürk Havalimanı, İSTANBUL Received/Geliş: 29.09.2009 Revised/Düzeltme: 27.04.2010 Accepted/Kabul: 13.05.2010 ABSTRACT In this work absolute neutron yield of a neutron generator was determined using the associated particle method. The experiments were carried out on the SAMES J-15 neutron generator in the fast neutron physics laboratory of the Physics Department at Çekmece Nuclear Research Center. The 14-MeV neutrons were obtained through the 3 H(d,n) 4 He reaction by bombarding a solid tritium target with 150 kev deuterons. In the measurements, alpha particles, which are produced simultaneously with the 14 -MeV neutrons in the D-T reaction, were counted by a small surface barrier detector placed at 90 o with respect to the deuteron beam in the evacuated target chamber. In order to prevent the damage due to fast neutrons and deuterons scattered from the target the detector was covered with a thin Al- foil (0,77 ) and placed 24 cm away from the target. In evaluating the 14-MeV neutron yield; contribution of D-D neutrons due to the build-up deuterons on the tritium target was taken into account by counting the tritons from the 2 H(d,t) 3 He reaction, which occurs simultaneously from the 3 H(d,n) 4 He reaction in the target. For comparison, neutron yield was also determined with the neutron activation technique using 27 Al(n,p) 27 Mg standard reaction. The results were found to be consistent with each other within the experimental uncertainties. Keywords: D-T neutron, associated particle method, Sames J-15. PACS numbers/numaraları: 29.25.Dz, 82.80.Jp, 52.70.Nc, 29.30.Ep, 52.55.Pi, 29.30.Kv BİR D-T NÖTRON ÜRETECİNDE NÖTRON AKISININ MUTLAK BELİRLENMESİ ÖZET Bu çalışmada, bir nötron jenaratörünün mutlak verimi ortak tanecik yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Deneyler Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi Fizik Bölümü hızlandırıcı laboratuarındaki Sames J-15 nötron üretecinde yapılmış, 14- MeV enerjili nötronlar katı bir trityum hedefin 150 kev enerjili döteronlarla bombardımanı sonucu oluşan 3 H(d,n) 4 He reaksiyonundan elde edilmiştir. Ölçümlerde bu reaksiyondan 14-MeV nötronlar ile eş zamanlı üretilen alfa parçacıkları vakum altında bulunan hedef odasında döteron hüzmesine 90 o lik doğrultuda yerleştirilen küçük bir yüzey engelli detektör ile sayılmıştır. Hızlı nötronların ve hedeften saçılan döteronların etkilerinden korumak için, alfa detektörü, 0.77 kalınlığında Al-folyo ile kaplanmış ve hedeften 24 cm uzağa yerleştirilmiştir. 14-MeV nötronların verimi hesaplanırken trityum hedefte döteronların birikmesinden dolayı oluşan D-D nötronların katkısı göz önüne alınmış, 2 H(d,t) 3 He reaksiyonundan gelen tritonlar 3 H(d,n) 4 He reaksiyonundan çıkan alfa parçacıklarıyla eş zamanlı olarak sayılmıştır. Karşılaştırma amacıyla, nötron verimi 27 Al(n,p) 27 Mg standart reaksiyonu kullanılarak nötron aktivasyon tekniği ile de ölçülmüş, sonuçların deneysel belirsizlik sınırları içinde birbirleriyle uyumlu oldukları bulunmuştur. Anahtar Sözcükler: Ortak tanecik yöntemi, D-T nötron, Sames J-15. * Corresponding Author/Sorumlu Yazar: e-mail/e-ileti: dyilmazbaysoy@gmail.com, tel: (212) 383 42 34 1

D. Yılmaz Baysoy, A. İ. Reyhancan, M. Subaşı Sigma 29, 1-10, 2011 1. GİRİŞ Nötron-madde etkileşmelerinin nicelenmesinde en önemli parametrelerden birisi deneyler sırasında kullanılan nötronların sayısıdır. Özellikle, nötron etkileşmelerinin meydana gelme olasılıklarının (tesir kesitleri) doğru ve duyarlı belirlenmesi, bu parametrenin ne kadar doğru ve duyarlı ölçüldüğüne bağlıdır. Nötron kaynağının bir hızlandırıcının hedefi olması halinde bu parametrenin ölçülmesi daha fazla dikkat ve titizlik gerektirir. Bu nedenle bu tür nötron üreteçleri için deneyler sırasında (in-beam) veya deneylerden önce (off-beam) nötron verimi mutlaka belirlenmektedir. Bugüne kadar, bu tip kaynakların nötron veriminin ölçülmesinde çeşitli yöntemler denenmiş ve bunlarla ilgili pek çok makale yayımlanmıştır. En yaygın kullanılan yöntemler, nötronlarla ışınlandıktan sonra bir örnekte indüklenen β ve γ- ışınlarının sayımına dayanan Aktivasyon Yöntemi ile etkileşme sırasında nötronlarla birlikte eş-zamanlı üretilen yüklü parçacıkların sayımına dayanan ortak tanecik sayma (Associated Particle Method, APM) yöntemleridir [1]. İlki, nötron tesir kesiti çok iyi bilinen bir malzemenin (standart malzeme) ışınlanması sonucunda oluşan aktivitenin sonradan ölçülmesine dayandığı için göreli ölçüm olarak, diğeri ise, ışınlanma anında reaksiyon ürünlerinin saptanmasını içerdiği için doğrudan ölçüm veya mutlak ölçüm olarak isimlendirilmektedir. Daha güvenli ve daha duyarlı olduğu bilinen ortak tanecik sayma yöntemi ile nötron sayısının belirlenmesi ile ilgili çalışmalar Benveniste, J. vd. nin 1954 yılında gazlı detektörle yaptığı çalışmayla başlamıştır [2, 3]. O günden beri, gerek yöntemle, gerekse uygulamaları ile ilgili pek çok çalışma yapılmış ve yayınlanmıştır[4-8]. Örneğin, gelişen teknoloji ile birlikte, verim ve ayırım gücü daha yüksek detektörlerin üretiliyor olması bu yöntemin daha doğru ve duyarlı sonuçlar vermesini olanaklı kılmış, bunun sonucu olarak, yüklü parçacıkların %100 verimli bir yüzey engelli katı-hal detektörü ile ölçülmesi, ortak parçacığın yanı sıra reaksiyondan gelen diğer yüklü parçacıkların da sayımına olanak sağlayarak ölçümlerdeki deneysel belirsizliklerin azaltılmasına katkıda bulunmuştur [9]. Bu çalışmanın amacı, yaygın olarak kullanılan bu iki yöntemi aynı anda uygulayarak hızlandırıcı tipi bir nötron üretecinin (14 MeV-Nötron Generator), verimini optimum yapıda bir deney sistemi oluşturarak belirlemek, sonuçlarını ve duyarlılıklarını karşılaştırarak üstünlüklerini ya da eksikliklerini ortaya koymaktır. 2. ORTAK TANECİK SAYMA YÖNTEMİ Yukarıdaki paragrafta ifade edildiği gibi, ortak tanecik sayma yöntemi, bir nükleer reaksiyonda, nötronlarla birlikte eş zamanlı olarak üretilen yüklü taneciklerin sayımı olarak tanımlanır. Alçak enerjili bir hızlandırıcıda (Sames J-15) 150 kev enerjili döteronlarla dövülen bir trityum hedefte oluşan 3 H(d,n) 4 He reaksiyonunda ~ 14 MeV enerjili nötronlarla eş zamanlı olarak yayınlanan yüklü tanecikler ~ 3.5 MeV enerjili alfalardır. Hedefte üretilen ve α detektörüne gelen α- parçacıklarının sayıları ile bunlarla eş-zamanlı üretilen nötronların sayıları arasında N n = N 4π Ω) R( E, Θ ) (1) a( d a ilişkisi vardır. Burada Ω alfa detektörünün hedefi gördüğü katı açıyı, R(E d, Θ a ) ise, döteronun enerjisine (E d ) ve gelen döteron hüzmesiyle α- parçacıklarının yaptığı yayınım açısına (Θ a ) bağlı olan anizotropi faktörüdür. Aslında, α- yayınımın farklı açılarda farklı yayınlanma eğiliminde olmasından dolayı oluşan farklılığı düzeltme amacını taşıyan bu faktör R( E, Θ ) = σ ( E). n( E).( de dx) de d a 1 σ ( E). n( E).( dwcm dwlab)( de dx) 1 de (2) 2

Absolute Yield Determination of A 14 - MeV Neutron Sigma 29, 1-10, 2011 şeklinde tanımlanır [10]. Bu ifadede, σ (E) : kütle merkezi (CM) sisteminde (d-t) reaksiyonu diferansiyel tesir kesiti dx (E) de : Döteronların hedef malzemesi içinde enerji kayıp (hızı) oranı (stopping power) n : hedefte, döteron enerjisinin izin verdiği derinliğe kadar mevcut trityum atom yoğunluğu, dw cm dw lab faktörü olup dw dw cm lab : kütle merkezi (CM) sisteminden laboratuar (LAB) sistemine katı açı çevirme 2 b(cosθ + (1 b sin = 2 2 (1 b sin Θ) 2 Θ) 1/ 2 1/ 2 ) olarak verilir[3,9]. Döteron hüzmesine göre 90 o açı yapacak şekilde yerleştirilmiş bir α- dedektörü halinde, katı açı çevirme faktörü yaklaşık olarak 1 (bir) e eşittir [3]. Dolayısıyla, hesaplamalarda kolaylık sağlamak amacıyla bu çalışmada Θ=90 o seçilmiştir. 3. DENEYSEL ÇALIŞMA 3 H(d,n) 4 He tepkileşimi sonucu oluşan 14.1 MeV enerjili nötronların sayısının bu tepkileşimden nötronlarla eş zamanlı olarak ortaya çıkan alfa parçacıklarının sayımı ile belirlenebilmesi için, Sames J-15 alçak enerjili iyon hızlandırıcısına bir ortak tanecik hedef odası eklenmiştir. Sames J-15 nötron jeneratörü için oluşturulan hedef odası Şekil 1 de şematik olarak gösterilmiştir. Trityum içeren katı hedef (TiT) döteron hüzmesine 45 o açı ile yerleştirilmiş, böylece, α- dedektörü ile gelen döteron hüzmesi arasındaki açı 90 o olarak tespit edilmiştir. Alfa detektörü olarak, Ortec firması tarafından üretilen, 100 mm 2 aktif yüzeye sahip bir yüzey engelli silisyum yarı iletken detektör (Surface Barrier Detector, SBD) seçilmiş ve hedeften 24 cm uzaklığa yerleştirilmiştir. Bu detektörün enerji kalibrasyonu, detektör hızlandırıcıya bağlanmadan önce, ayrı bir vakum odasında, 239 Pu, 241 Am, 244 Cm izotoplarını içeren, 7 mm aktif çapa sahip ve dakikada 1,76.10 5 alfa parçacığı yayan bir alfa kaynağı kullanılarak yapılmıştır [11,12]. 2 (3) 3

D. Yılmaz Baysoy, A. İ. Reyhancan, M. Subaşı Sigma 29, 1-10, 2011 Şekil 1. Ortak tanecik hedef odası Trityum hedefin döteron hüzmesiyle bombardıman edilmesi sırasında SBD detektörü ile alınan ortak tanecik spektrumu Şekil 2 de verilmiştir. Bu spektrumda sadece alfa parçacıklarının değil, aynı zamanda hızlandırılan döteronların zamanla hedef üzerinde birikmesinden dolayı oluşan d-d tepkileşimlerinden gelen proton ve triton gibi taneciklerin, hatta hedeften Coulomb saçılmasıyla gelen döteronların da bulunduğu görülmektedir. Ancak, döteronlar gibi 3 He (0,782 MeV) tanecikleri de gürültü seviyesinin (background) altında kalmaları nedeniyle gözlenememektedir. 10 6 10 5 10 4 α Sayım / kev 10 3 10 2 t p 10 1 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Enerji (kev) Şekil 2.Trityum hedefin döteron huzmesi ile bombardıman edilmesi sonucu SBD detektörü ile elde edilen yüklü parçacık spektrumu 4

Absolute Yield Determination of A 14 - MeV Neutron Sigma 29, 1-10, 2011 10 6 10 5 Sayım / kev 10 4 10 3 10 2 t p 10 1 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Enerji (kev) Şekil 3. Boş bakır hedefin döteron huzmesi ile bombardıman edilmesi sonucu SBD detektörü ile elde edilen yüklü parçacık spektrumu Şekil 3 de ise trityum hedef yerine boş bir bakır hedef konularak elde edilen yüklü parçacık spektrumu verilmiştir. Bu spektrum, döteronların hedef üzerinde birikme yapmasına yetecek kadar bir süre ışınlama yapıldıktan sonra meydana gelen 2 H(d,n) 3 He ve 2 H(d,p) 3 H tepkileşimlerinden ortaya çıkan yüklü taneciklerden oluşmaktadır. Bu spektrum alınmadan önce, SBD detektörü 0,77 kalınlığında alüminyum folyo ile kaplanmış ve 8 mm iç çapa sahip olan 12 mm uzunluğundaki bir kolimatör, hedef ile detektör arasına yerleştirilmiştir. Alüminyum folyo yüklü parçacıkların enerji kaybetmelerine de sebep olduğundan, spektrumda alçak enerjili tanecikler ( 3 He) gözlenememektedir. Bu nedenle, sadece proton ve triton taneciklerine ait tepelerin (photopeaks) net olarak ayırt edilebildiği görülmektedir. Spektrumdaki tepelerin hangi parçacıklara ait olduğunu belirlemek için, 0,77 µm kalınlığındaki alüminyum folyodan geçen alfa, proton, triton ve 3 He parçacıklarının enerji kayıpları hesaplanmış ve sırasıyla 0,16 MeV, 0,017 MeV, 0,066 MeV ve 0,28 MeV olarak belirlenmiştir. Böylece SBD detektöre gelen parçacıkların beklenen enerjileri sırasıyla 3,389 MeV, 3,044 MeV, 0,905 MeV ve 0,501 MeV olarak bulunmuştur. Deneylerde alfa parçacıklarının sayımı için çok kanallı sayım (Multi Channel Scaling, MCS) yöntemi uygulanmıştır. Bu amaçla kullanılan tek kanallı analizörün (Single Channel Analyzer, SCA) kalibrasyonu ise, aynı anda SBD detektörüne gelen alfa parçacıklarının Canberra model 85 çok kanallı analizörü (Multi Channel Analyzer, MCA) kullanılarak alınan ve Şekil 4 te örneklenen spektrumundan yararlanılarak yapılmıştır. Bu spektruma göre alt enerji seviyesi (LL) ve pencere aralığı (ΔE) belirlenmiş ve detektöre gelen sinyaller ile SCA penceresi arasında 1 saniyelik gecikme olduğu görülerek düzeltilmiştir. Ayrıca alınan sayımlar çok kanallı analizörde her kanala 1 saniye aralığında gelecek şekilde ayarlanmıştır. Ancak belirlenen enerji aralığında d- d tepkileşiminden gelen protonlarında katkısı bulunduğundan tritonlara ait tepe (pik) alanı belirlenerek protonların spektrumda görülen alfa tepesi alanına katkısı bulunmuştur. Böylece alfa tepe alanının alfa ve protondan oluşan tepe alanına oranı hesaplanarak (0,99) ölçülen alfa parçacıklarının sayısında düzeltme yapılmıştır. Bu çalışmada ortak tanecik yöntemiyle elde edilen sonuçların doğruluğundan emin olmak için eş zamanlı olarak başka bir yöntemin de -nötron aktivasyon yönteminin- uygulandığı deneyler yapılmıştır. Bu amaçla, deneyler öncesinde, SBD ün hedefe göre zıt tarafına, hedef 5

D. Yılmaz Baysoy, A. İ. Reyhancan, M. Subaşı Sigma 29, 1-10, 2011 odasının duvarı dışına, % 99,85 saflıktaki bir Al 2 O 3 diski yerleştirilmiştir. Şekil 5 alfa parçacıklarının sayımında kullanılan elektronik düzeneği, Şekil 6 ise alfa parçacıkları için alınan tipik bir MCS spektrumunu göstermektedir. 10 5 α 10 4 sayım / kev 10 3 t LL HL 10 2 ΔΕ 10 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Enerji (kev) Şekil 4. SCA nın kalibrasyonunun için trityum hedefin döteron huzmesiyle bombardımanı sırasında SBD ile alınan yüklü parçacık spektrumu. Alfa parçacıklarının sayımı sırasında ışınlanan Al 2 O 3 örneğinin gama aktivitesinin ölçümü için Canberra firması tarafından üretilen 49,5 mm çaplı, 19,4 cm 2 aktif yüzeye sahip olan bir eş eksenli HPGe detektör kullanılmıştır. Bu detektörden gelen sinyalleri Canberra S-85 MCA çok kanallı analizöre iletmek için Canberra model 2003B ön yükseltici, Canberra model 2020 yükseltici ve Canberra model 8075 ADC sisteme eklenmiştir. HPGe detektörün enerji ve verim kalibrasyonu, Al 2 O 3 örneğin ışınlanmasından önce standart gama kaynakları ( 60 Co, 57 Co, 137 Cs, 54 Mn, 22 Na, 133 Ba) kullanılarak yapılmıştır. Şekil 5. T(d, n)α tepkileşiminde ortak tanecik (alfa parçacıkları) sayımı sistemi. 6

Absolute Yield Determination of A 14 - MeV Neutron Sigma 29, 1-10, 2011 7x10 4 6x10 4 Sayım / Kanal 5x10 4 4x10 4 3x10 4 2x10 4 1x10 4 0 200 400 600 800 1000 1200 Kanal / Saniye Şekil 6. Alfa parçacıklarının MCS spektrumu Al 2 O 3 örnek, alfa parçacıklarının sayımı biter bitmez ışınlama yerinden alınmış, 27 Al(n,p) 27 Mg reaksiyonu ile üretilen 27 Mg çekirdeğinden bozunan 844 kev enerjili gamaların ölçülmesi için HPGe detektörü önüne getirilmiştir. Dedektör ile örnek arasındaki uzaklık 36.3 mm dir ve HPGe detektörün enerji kalibrasyonu da aynı uzaklıktan yapılmıştır. Ölçümler sonucunda çok kanallı analizörde görülen spektrumdan (Şekil 7) 844 kev enerjili gamalar için tüm enerji tepesi altındaki net alan belirlenerek nötron akısı hesaplanmıştır [1,13,14]. HpGe detektörünün verim tayini ve gerçek sayım deneylerinde kullanılan katı açıların hesaplanmasında, daha önce ÇNAEM Fizik Bölümünde geliştirilen bir bilgisayar programından yararlanılmıştır [15]. Nötron aktivasyon yönteminin uygulanmasında gerekli ölü zaman düzeltmesi ve darbe yığılım (pile-up) düzeltmesi yapılmış [1]; ayrıca, ışınlama süresince akının değişmediği varsayılarak belirlenen nötron akısında, gerçekte rastgele değişimler olabileceğinden, ışınlama sırasında kullanılan nötron akı monitör sonuçları kullanılarak akı için düzeltme faktörü hesaplanarak ortalama nötron akısı belirlenmiştir [13]. 7

D. Yılmaz Baysoy, A. İ. Reyhancan, M. Subaşı Sigma 29, 1-10, 2011 6x10 3 Sayım / kev 10 4 10 3 10 2 170.686 kev 843.76 kev 1014.44 kev 1368.633 kev Sayım / kev 1778.85 kev 5x10 3 4x10 3 3x10 3 2x10 3 1x10 3 27 Al (n, p) 27 Mg E γ = 843.76 kev 820 830 840 850 860 870 Enerji (kev) 10 1 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Enerji (kev) Şekil 7. 14MeV nötronlarla ışınlanan Al 2 O 3 örneğin gama spektrumu 4. SONUÇ VE TARTIŞMA Bu çalışmada ortak tanecik yöntemi kullanılarak, 3 H(d,n) 4 He tepkileşiminden çıkan alfa parçacıklarının sayımı yapılarak aynı tepkileşimden çıkan 14,1 MeV nötronların sayısı bulunmuştur. Yapılan deneylerde alfa parçacıklarının sayımı ile aynı zamanda, hedef üzerinde döteron birikmesi sonucu oluşan proton ve triton parçacıklarının sayımı da gerçekleştirilmiştir. Böylece döteron birikmesiyle oluşan 2 H(d,n) 3 He tepkileşimi sonucu ortaya çıkan nötronların sayıları da belirlenmiştir. MCS yöntemi kullanılarak 3 H(d,n) 4 He tepkileşiminden gelen alfa parçacıkları için doğrudan sayım yapılmıştır. Bu sayım için seçilen enerji aralığında bulunan ( 2 H(d,p) 3 H tepkileşiminden gelen) protonların alfa parçacıklarının sayısına katkısı ise tritonların sayısının bulunmasıyla belirlenmiştir. Böylece alfa parçacıklarının sayısında gerekli düzeltme yapılmıştır. Ortak tanecik sayma yöntemiyle 14,1 MeV enerjili nötronların sayısının bulunmasındaki belirsizlikler Çizelge 1 de verilmektedir. Çizelge 2 de ise bu yöntemle eş zamanlı olarak uygulanan nötron aktivasyon yöntemiyle nötron sayısının bulunmasındaki belirsizlikler verilmektedir. Bu belirsizlikler, daha önce sözü edilen düzeltmeler sırasında yapılan hatalar ve kullanılan nükleer verilerde verilen belirsizlikler gözönüne alınarak hesaplanmıştır. 8

Absolute Yield Determination of A 14 - MeV Neutron Sigma 29, 1-10, 2011 Çizelge 1. Nötron sayısının ortak tanecik yöntemiyle bulunmasındaki belirsizlikler R, Θ ) nın ( E d a belirlenmesinde; döteron huzmesinin moleküler yapıda olması nedeniyle trityum hedefte homojen olmayan trityum dağılımı nedeniyle α detektörün katı açı belirsizlik (%) 1 0,5 hesabında 2 α taneciklerinin sayımında - Toplam 2, 3 Çizelge 2. Nötron sayısının nötron aktivasyon yöntemiyle bulunmasındaki belirsizlikler 844 kev enerjili gamalar için pik belirsizlik (%) alanı, P(E), hesaplanmasında 0, 47 Al O 2 3 örnekte hedef çekirdek sayısın, (n), bulunmasında 0,1 Tepkileşim kesiti verisinde, (σ ), 4. 7 HPGe detektörün verimin belirlenmesinde (ε ) 2 Çekirdek Bozunum sabiti, (f), verisinde 0,4 Sayım katı açısının ( Ω )belirlenmesinde 1 Zaman faktörünün, (z), belirlenmesinde 0,1 Toplam 5, 2 Trityum hedeften çıkan 14,1 MeV nötronların sayısı ortak tanecik yöntemiyle % 2,3 belirsizlikle bulunmuştur. Bu da, nötron aktivasyon yöntemiyle karşılaştırıldığında, ortak tanecik yönteminin nötron sayısının belirlenmesinde daha duyarlı bir yöntem olduğunu göstermektedir. Ortak tanecik ve nötron aktivasyon yöntemiyle elde edilen tipik değerler (nötron/s) Çizelge 3 de verilmektedir. Sonuçlar karşılaştırıldığında aralarındaki farkın %2 den az olduğu görülmektedir. İki ayrı nötron verim ölçüm metodu arasındaki bu uyum, alfa parçacıkları sayım sistemimizin nötron verimini doğru ve duyarlı bir şekilde izlemeye olanak sağladığını göstermektedir. Ayrıca, döteryumun hedef üzerinde birikmesinin de nötron verimine fazla bir etkisi olmadığı anlaşılmaktadır. 9

D. Yılmaz Baysoy, A. İ. Reyhancan, M. Subaşı Sigma 29, 1-10, 2011 Çizelge 3. Ortak tanecik sayma ve nötron aktivasyon yöntemleriyle elde edilen sonuçların karşılaştırılması 14,1 MeV nötronların sayısı (n/s) Döteron Ortak tanecik Nötron Sonuçlar Hedef enerjisi sayma aktivasyon arasındaki fark (MeV) yöntemine göre yöntemine göre T i T 0,150 8,174.10 8 8,001. 10 8 %2 REFERENCES / KAYNAKLAR [1] Knoll, G., Radiation Dedection and Measurements, John Willey and Sons, 3rd ed. New York, 1999. [2] Benveniste, J. and Zenger, J., Information on the Neutrons Produced in the 3 H (d,n) 4 He Reaction UCRL-4266, 1954. [3] Benveniste, J., Mitchell, A.C., Schrader, C.D. and Zenger, J.H., The Problem of Measuring The Absolute Yield of 14-MeV Neutrons By Means of An Alpha Counter, Nuclear Instruments and Methods 7, 306-314, North-Holland Publishing Company, 1960. [4] Petö,G. C., Prospects of Imaging by Associated Particle Timing with D+D and D+T Neutrons Appl. Radiat. lsot. 49, 5/6, 553-554, 1998. [5] Carasco, C., Perot, B., Mariani, A., et. al., Material Characterization in Cemented Radioactive Waste with the Associated Particle Technique, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Article in Press. [6] Carasco, C., Perot, B., Bernard, S., et. al., In-Field Tests of the EURITRACK Tagged Neutron Inspection System, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 588, 397-405, 2008 [7] Sudac, D., Blagus, S., Valkovic, V., Inspections for Contraband in a Shipping Container Using Fast Neutrons and the Associated Alpha Particle Technique: Proof of Principle, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 241, 798-803, 2005. [8] Hausladen, P.A., Neal, J.S., Mihalczo, J.T., An alpha particle detector for a portable neutron generator for the Nuclear Materials Identification System (NMIS), Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B : Beam Interactions with Materials and Atoms, 241, 1-4, 835-838, 2005. [9] Subasi, M. Absolute neutron yield determination of an accelerator neutron source by using associated particle method. Ç.N.A.E.M. A.R-247, 1988. [10] Ruby, I. and Crawford, R. B:,. Anisotropy Factors for the Determination of Total Neutron Yield from the D(d,n)He 3 and T(d, n)he 3 Reactions Nuclear Instruments and Methods 24, 413-417, North-Holland Publishing Company, 1963. [11] Amersham Laboratories, Certificate of Calibration Of Alpha Emitting Radioactive Reference Source, Alpha reference sources test report-amr43, Amersham International pic., UK [12] EG&G ORTEC, Quality Assurance Data Sheet UltraTM Alpha Dedector, Tennessee, USA, 1993. [13] Subaşı, M., Erduran, N., Tarcan, G., Özbir, Y., Baykal, A., Gültekin, E. ve Ercan, A., Alçak Enerjili Bir İyon Hızlandırıcısında Mutlak Nötron Akısının Aktivasyon Yöntemiyle Belirlenmesi, Ç.N.A.E.M. A.R.-249, 1996. [14] Debertin, K., and Helmer, R.G., Gamma and X Ray spectrometry with Semiconductor detectors, Elsevier Science Publishers B.V, New York, 1988. [15] Bostan, M., Erduran, N. ve Ercan A, Silindir şeklindeki Örneklerin Gama Aktivitelerinin Belirlenmesinde Öz Soğurma ve Katı Açı Etkenlerinin İncelenmesi, Ç.N.A.E.M. A.R- 250, 1988. 10