Study of neutron induced reactions in rare earth isotopes

Abstract

Within the present work the (n,2n) reaction channel was studied for the rare earth isotopes: 162Er, 156Dy and 165Ho. In particular, for 165Ho the cross sections of populating the ground and the isomeric state of 164Ho were measured independently. The reactions cross sections were measured via the activation technique relative to the 197Au(n,2n)196Au, 27Al(n,a)24Na and 93Nb(n,2n)92mNb reference reactions. The quasi-monoenergetic neutron beams were produced via the 2H(d,n)3He (DD) and 3H(d,n)4He (DT) reactions, while the primary deuteron beams were delivered by the 5.5 MV Tandem Van de Graaff accelerator of the institute of Nuclear and Particle Physics at N.C.S.R. “Demokritos”, Athens, Greece. After the end of the irradiations the induced activity in the samples was measured through gamma-ray spectroscopy using HPGe detectors. For the accurate physics interpretation of the experimental data the GEANT4 toolkit was extensively used for the simulation of the HPGe detectors. The developed codes were utilized in the data analysis for the determination of the detectors efficiency, as well as for the deconvolution and the reproduction of the experimental spectra. In addition, the GEANT4 toolkit was utilized for the calculation of the neutron beams energy distribution. The measured cross section data were compared to previous measurements of the literature, as well as to theoretical calculations based on the latest version of TALYS (v. 1.95).

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η αντίδραση (n,2n) για τα ισότοπα σπάνιων γαιών: 162Er, 156Dy και 165Ho. Συγκεκριμένα, για το 165Ho οι ενεργές διατομές τροφοδοσίας της βασικής και της ισομερούς κατάστασης του 164Ho μετρήθηκαν ανεξάρτητα. Οι ενεργές διατομές των αντιδράσεων μετρήθηκαν μέσω της τεχνικής της ενεργοποίησης σε σχέση με τις αντιδράσεις αναφοράς 197Au(n,2n)196Au, 27Al(n,α)24Na και 93Nb(n,2n)92mNb. Οι ημι-μονοενεργειακές δέσμες νετρονίων παρήχθησαν μέσω των αντιδράσεων 2H(d,n)3He (DD) και 3H(d,n)4He (DT), όπου οι δέσμες δευτερίων επιταχύνθηκαν από τον 5.5 MV Tandem Van de Graaff επιταχυντή του Ινστιτούτου Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής του Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. «Δημόκριτος», Αθήνα, Ελλάδα. Μετά το τέλος των ακτινοβολήσεων, η επαγόμενη ενεργότητα στα δείγματα μετρήθηκε μέσω φασματοσκοπίας ακτίνων-γ χρησιμοποιώντας ανιχνευτές γερμανίου υπερ-υψηλής καθαρότητας (HPGe). Κατά την ανάλυση των πειραματικών δεδομένων, το λογισμικό GEANT4 χρησιμοποιήθηκε εκτενώς για την προσομοίωση των HPGe ανιχνευτών. Οι κώδικες των ανιχνευτών χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της απόδοσης των ανιχνευτών, καθώς και για την αναπαραγωγή των πειραματικών φασμάτων. Επιπλέον, ο κώδικας GEANT4 χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της κατανομής της ενέργειας των δεσμών νετρονίων που παράγονται απο τον 5.5 MV Tandem επιταχυντή στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. «Δημόκριτος» μέσω των αντιδράσεων DD και DT. Τα πειραματικά δεδομένα που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη συγκρίθηκαν με προηγούμενες μετρήσεις της βιβλιογραφίας, καθώς και με θεωρητικούς υπολογισμούς με βάση τον κώδικα TALYS (v. 1.95).