NUOVE ENERGIE nella Scuola 4 DICEMBRE, 2012

Transcript

1 NUOVE ENERGIE nella Scuola 4 DICEMBRE, 2012 ISTITUTO L.PIRELLI - ROMA EMISSIONE DI NEUTRONI LENTI DA PLASMA IN CELLA ELETTROLITICA DOMENICO CIRILLO

2 PRESUPPOSTI IN QUESTA PRESENTAZIONE SI ILLUSTRANO EVIDENZE SPERIMENTALI DI UN FLUSSO DI NEUTRONI GENERATO DA ECCITAZIONE DI PLASMA AL CATODO IN TUNGSTENO DI UNA CELLA ELETTROLITICA LE EVIDENZE SI BASANO SU RILEVATORE DI TRACCE NUCLEARI, CR39, ACCOPPIATO A UN CONVERTITORE AL BORO SI E PARTITI BASANDOSI SU INFORMAZIONI DI BACKGROUND RELATIVAMENTE A FENOMENI INATTESI, RISCONTRATI ATTRAVERSO LE SPERIMENTAZIONI CON CELLE ELETTROLITICHE AL PLASMA CON SOLUZIONI ALCALINE E SOLUZIONI ACQUOSE (TRASMUTAZIONI NUCLEARI) L ACCENSIONE DI UN PLASMA CATODO IN TUNGSTENO DI UNA CELLA ELETTROLITICA CON SOLUZIONE ALCALINA DETERMINA L INSTAURARSI DI ALTRI FENOMENI INATTESI, ANCORA IN FASE DI ANALISI E STUDIO 2

3 Configurazione cella (nuova configurazione) 3

4 Cella al plasma durante un test Tipico aspetto durante il quale si è superata la soglia del tipico comportamento elettrochimico e la cella lavora in modalità di plasma 4

5 Step per raggiungere condizioni di Plasma < 100 V input V input condizioni dipendenti dai parametri di cella V input > 250 V input Produzione di idrogeno al catodo 2H 2 O + 2eˉ H 2 + 2OHˉ 2H 3 O + + 2eˉ H 2 + 2H 2 O Scarica elettrica (comportamento non Faradayano) strato di plasma stabile ambiente di plasma attivo ambiente interessato da attività nucleare 5

6 condizioni catodiche

7 condizioni dell ambiente di plasma (>200 V) In prossimità della superficie catodica: - cricche sui grani di tungsteno - ioni di idrogeno monoatomico localmente distribuiti - alta densità elettronica - campo elettrico molto intenso 7

8 Condizioni di accensione accensione del plasma 8

9 Sistema di acquisizione dati 9

10 caratteristiche del dosimetro In prossimità della superficie catodica: - a) detector al CR39 - b) schema di assemblaggio del dosimetro - c) dosimetro 10

11 Misura dei neutroni CR39 = C 12 H 18 O 7 (CH 2 =CH-CH 2 -O-CO-O-CH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 -O-CO-O-CH 2 -CH=CH 2 ) polimero sensibile alle emissioni α (alpha) il boro contenunto nell H3BO3 ha una distribuzione isotopica naturale : - 20% 10 B sensibile ai neutroni termici 0,025 ev) - 80% 11 B 10 B + n α [1.47 MeV] + 7 Li + γ (93.6%) 10 B + n α [2.79 MeV] + 7 Li ( 6.4%) ACIDO BORICO = H3BO3 Range di sensibilità energetica per i CR39 nella misura delle particelle α (alpha) α [0.04 MeV; 4 MeV] 11

12 Calibrazione dei dosimetri Un gruppo di 20 campioni contenenti CR39 + H 3 BO 3 sono stati consegnati all Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (Casaccia ENEA). Tali campioni sono stati esposti a una sorgente calibrata di neutroni termici, tarata su un flusso di N/mm 2 s (0,12 μs/s) La sorgente è composta da sei emettitori basati sulla reazione fra una miscela di Am-Be, moderati da grafite e polietilene. L esposizione è stata fatta in singolo cieco. Noi non conoscevamo quali fossero i campioni esposti e il relativo tempo di esposizione. 12

13 Calibrazione dei dosimetri Per poter ottenere una calibrazine e un riferimento da comparare con le misure eseguite utilizzando questo sistema dosimetrico, i 20 campioni sono stati divisi in sei gruppi, esposti al flusso di neutroni termici seguendo questi tempi di esposizione: 1. gruppo - 1 di esposizione 2. gruppo - 5 di esposizione 3. gruppo - 20 di esposizione 4. gruppo - 40 di esposizione 5. gruppo - 60 di esposizione 6. gruppo - NESSUNA esposizione (blank) 13

14 Calibrazione dei dosimetri Condizioni di etching del campione: Soluzione 6,2 M NaOH Temperatura di processo = 65 C Tempo di etching > 4 h Sonda termica CR39 Camera termostatica per il processo di etching dei CR39 Dopo il proesso di etching, il campione di CR39 viene analizzato attraverso microscopio elettronico, utilizzando un software specifico per contare le tracce sul campione di CR39 plate after the etching process 14

15 Calibrazione dei dosimetri (il calibro ) 60 Average track density vs. exposure time CR-39 sample code Exposure time (min.) Average track density Group average track density 50 (tracks/mm 2 ) (tracks/ mm 2 ) N N N M N N N N N N N N N N N M M

16 Calibrazione dei dosimetri (il calibro ) 60 trend density Tracks/mm exposure time [min] refer. Poli. (refer.) 16

17 Esposizione alla cella al Plasma dosimetro catodo anodo 17

18 condizioni operative Dosimetro dopo un test, disposto molto vicino al catodo 18

19 60 confronto delle tracce (CR39) confronto trend di riferimento vs Plasma CR39 Sample1 CR39 Sample2 molto vicino al cathode Tracks/mm CR39 Sample3 CR39Sample CR39 Sample exposure time [min] esterno alla griglia anodica refer. CR39 Sample2 CR39 Sample1 CR39 Sample3 CR39 Sample4 CR39 Sample5 Poli. (refer.) 19

20 CONCLUSIONI Il metodo di misura dei neutroni basato sull uso di CR-39 nuclear track detectors, accoppiato con un convertitire al boron, ha dimostrato la presenza di neutroni generati da plasma in una cella elettrolitica con soluzione alcalina. A numero significativo di tracce è stato rilevato dai sistemi a CR-39 posizionati in stretta prossimità della scarica di plasma, vicino al catodo di tungsteno della cella elettrolitica. I rilevatori usati come riferimento (i blank ) non mostrano tracce se posizionati lontani dalla cella elettrolitica. 20

21 NOTE IMPORTANTI E importante ricordare che queste misure di neutroni termici sono eseguite con un sistema di rilevazione a efficienza relativamente bassa. Ciò è dovuto alla sequenza di eventi richiesti per generare una tracciua sul campione di CR39: i neutroni devono essere emessi verso il rilevatore all interno di un angolo solido utile alla rilevazione, quindi I neutroni devono incontrare un nucleo di 10 B contenuto nei grani di acido borico (18.7 % 10 B sul B totale contained in H 3 BO 3 ). A questo punto, la particella α deve essere emessa verso il CR39 attraverso un angolo solido utile alla sua rilevazione, raggiungere il rilevatore senza essere assorbito dal materiale circostante e finalmente, colpire il rilevatore lasciando una nuova traccia in una zona del rilevatore ancora libera da tracce precedenti. Questo tipo di rilevatori è sensibile alle particelle α e ai protoni, che sono difficili da differenziare rispetto ai neutroni. Il metodo proposto fornisce una chiara evidenza di produzione di neutroni termici in questo sistema a debole energia, ma I risultati sono ancora preliminari e il metodo richiede approfondimento. 21

22 22