Experimentální neutronová fyzika

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Přednášky jsou zaměřeny především na detailní popis vlastností neutronů, charakteristiku neutronových (reaktorové i nereaktorové) zdrojů, vlastnosti okamžitých a zpožděných neutronů, metody detekce neutronů, reakce neutronů s atomovými jádry, možnosti úpravy polí neutronů, využití a aplikace neutronů v oblasti vědy i průmyslu. Závěr přednášek je věnován metodám zpracování a vyhodnocení experimentálních dat. Přednášky jsou doplněny praktickými experimentálními úlohami z oblasti detekce neutronů, určování charakteristik zpožděných neutronů, studia difúze neutronů v různém prostředí, přípravy a charakteristiky foto-neutronového zdroje a kalibrace neutronových zdrojů. Experimentální úlohy budou probíhat na školním reaktoru VR-1 a v neutronové laboratoři KJR.

Požadavky:

17ZAF

Osnova přednášek:

1. Objev neutronu a jeho vlastnosti

Rozsah: 1 přednáška,

Téma přednášky: Objev neutronu a historický vývoj experimentální neutronové fyziky, vlastnosti neutronů a jejich experimentální studium (hmotnost neutronu, střední doba života neutronu a jeho rozpad, energie a vlnová délka neutronů, náboj neutronu, spin

a magnetický moment neutronu).

2. Zdroje neutronů a jejich vlastnosti

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Reaktorové a nereaktorové zdroje neutronů. Typy a charakteristika výzkumných reaktorů jako zdroje neutronů. Charakteristika a vlastnosti (intenzita a energie) nereaktorových zdrojů neutronů. Přehled a popis radionuklidových zdrojů neutronů. Kalibrace radionuklidových zdrojů. Neutronové generátory. Soustava urychlovač - terč jako zdroj neutronů.

3. Okamžité a zpožděné neutrony

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Vznik a parametry okamžitých neutronů. Vznik a význam zpožděných neutronů. Parametry zpožděných neutronů. Experimentální určování parametrů zpožděných neutronů. Experimentální metody s využitím zpožděných neutronů.

4. Detekce neutronů

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Obecné principy detekce částic. Možnosti a metody detekce neutronů. Metoda odražených jader. Metody založené na jaderných reakcích. Přehled a vlastnosti detektorů neutronů (ionizační komory, polovodičové detektory, scintilační detektory, termo-luminiscenční detektory). Spektrometrie neutronů.

5. Reakce neutronů s atomovými jádry

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Přehled a charakter interakcí neutronů s látkou. Síly působící mezi neutrony a částicemi hmoty. Interakce neutronů s atomovými jádry. Účinný průřez. Pružný a nepružný rozptyl. Radiační záchyt. Štěpení. Reakce neutronů s jádry spojené s emisí nukleonu nebo kombinací nukleonů.

6. Úprava polí neutronů

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Úprava energetického spektra neutronů. Zdroje chladných

a ultrachladných neutronů. Úprava tvaru a směru svazku neutronů. Neutronové kolimátory. Kanály pro vývod svazku neutronů z reaktoru a jejich využití v experimentální neutronové fyzice.

7. Aplikace a využití neutronů

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Přehled aplikací neutronů v oblasti průmyslu, medicíny, chemie, biologie, geologie, archeologie apod. Vybrané experimentální a průmyslové aplikace neutronů. Neutronová difrakce. Neutronová radiografie. Neutronová aktivační analýza. transmutace - dopování křemíku. Produkce radioizotopů pro potřeby průmyslu

i medicíny. Bórová záchytová terapie.

8. Zpracování a analýza experimentálních dat

Rozsah: 1 přednáška

Téma přednášky: Zpracování experimentálních dat. Definice a rozdělení chyb měření. Střední hodnota, rozptyl a směrodatná odchylka. Skládání chyb a určování chyb nepřímého měření. Analýza, vyhodnocení a prezentace experimentálních dat.

Osnova cvičení:

Budou probíhat praktická cvičení na školním reaktoru VR- a v neutronové laboratoři KJR.

1. Detekce neutronů v aktivní zóně školního reaktoru VR-1

Rozsah: 1 cvičení

Téma cvičení: Základní vlastnosti a nastavení detekčního systému neutronů. Stanovení linearity detekčního systému neutronů a jeho korekce na nelinearitu. Měření rozložení hustoty toku neutronů v aktivní zóně reaktoru VR-1 pomocí malých plynových detektorů.

2. Detekce zpožděných neutronů na reaktoru VR-1

Rozsah: 1 cvičení

Téma cvičení: Vlastnosti zařízení pro detekci zpožděných neutronů na reaktoru VR-1. Detekce zpožděných neutronů emitovaných z ozářeného štěpitelného materiálu a určení jejich základních parametrů. Stanovení hmotnosti štěpitelného materiálu ve vzorku na základě detekce zpožděných neutronů.

3. Studium difúze neutronů

Rozsah: 1 cvičení

Téma cvičení: Studium difúze neutronů v grafitovém a vodním prostředí. Měření rozložení neutronů emitovaných neutronovým zdrojem v grafitové prizmě a vodní lázni. Určení difúzní délky neutronů v grafitu a vodě na základě analýzy naměřených dat.

4. Studium fotoneutronového zdroje

Rozsah: 1 cvičení

Téma cvičení: Příprava fotoneutronového zdroje na pracovišti školního reaktoru VR-1. Detekce neutronů vznikajících při reakci kvant záření gama s těžkou vodou.

5. Kalibrace neutronového zdroje.

Rozsah: 1 cvičení

Téma cvičení: Princip činnosti manganové lázně a její využití při kalibraci radionuklidových zdrojů neutronů. Kalibrace zdroje neutronů typu AmBe v manganové lázni. Určení emise použitého zdroje neutronů na základě analýzy naměřených dat

7. Seminární práce

Rozsah: 1 cvičení

Téma cvičení: Kontrola protokolů z praktických cvičení, které vypracoval student, prezentace výsledků a diskuze s přednášejícím.

Cíle studia:

Znalosti:

Detailní znalosti vlastností neutronu a jejich reakcí s prostředím, znalost experimentálních metod využívajících neutrony, komplexní znalost průmyslových i vědeckých aplikací neutronů.

Schopnosti:

Orientace v dané problematice, uplatnění získaných znalostí v oblasti vědy, výzkumu a dalších předmětech s experimentální tématikou, schopnost přípravy a provedení experimentálních prací, zpracování naměřených hodnot včetně jejich analýzy a interpretace.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

1. Paul Reuss: Neutron Physics, EDP Sciences, 2008, France, ISBN: 978-2-7598-0041-4.

2. Liyuan Liang, Romano Rinaldi, Helmut Schober: Neutron Applications in Earth, Energy and Envirinmental Sciences, Springer Science+Business Media, LLC 2009, ISBN 978-0-387-09415-1.

3. Matějka, K., et al.: Experimentální úlohy na školním reaktoru VR-1, skripta ČVUT, ČVUT, Praha 2005.

Doporučená literatura:

4. Tatjana Jevremovic: Nuclear Principles in Engineering, Springer Science+Business Media, LLC 2009, ISBN 978-0-387-85607-0

International Atomic Energy Agency: The applications of research reactors, IAEA-TECDOC-1234, Vienna, 2001.

Studijní pomůcky:

Školní reaktor VR-1, neutronová laboratoř KJR.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: