Monte Carlo model for neutron production by the interactions of low energy deuterons in solid targets : doktorska disertacija

angleški

doktorska dela

2012

donos nevtronov   jedrska fizika   nizkoenergijski devteroni

Univerza v Mariboru, Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo

Gradnja fuzijske elektrarne ITER se je pričela leta 2009 5 Cadarachu v Franciji. ITER predstavlja mejnik v rabi fuzijske energije. Reaktor ITER bo deloval na osnovi zlitja jeder devterija in tritija (D-T). Naslednja generacija fuzijskih reaktorjev bo predvidoma delovala na osnovi reakcije zlitja dveh jeder devterija (D-D). Eksperimenti v zvezi z nevtroniko reaktorja ITER potekajo s pomočjo močnih nevtronskih polj, ki jih generirajo linearni pospeševalniki za devterone. Tarče vsebujejo tritij, devterij in pomožne sisteme kot so na primer detektorji, hladilni sistemi, stene in podobno. Pri eksperimentih negotovosti ne smemo zanemariti. Če želimo, da so eksperimenti referenčni eksperimenti je potrebna natančna ocena vseh negotovosti, ki se pojavijo pri meritvi. Eksperimentator negotovost zaradi nevtronskega izvora običajno označimo kot t.i. ločljivostno negotovost. Samo zeksperimentalnimi tehnikami ni mogoče doseči natančne ocene posameznih negotovosti. Problem modeliranja medsebojnega vpliva devterona v tritijevih in devterijevih tarčah predstavlja zanimiv primer uporabne fizikalnih modelov in jedrskih podatkov. Problem zahteva natančno obravnavo elastičnega sipanja (fizikalni modeli), neelastičnih elektronskih trkov (običajno so podani v obliki tabel) in fuzijskih jedrskih podatkov (kateri podatki so na voljo in kateri evalvirani podatki naj se uporabijo). Vključen je povzetek, ki bralca seznani z modelom transporta ionov in jedrskimi preseki med devteronom in tritijem. Namen doktorskega dela je, da pokaže, da se lahko razvije take računske modele, ki imajo trdno fizikalno osnovo in so numerično stabilni pri opisu podatkov iz nevtronskega fuzijskega eksperimenta. Programska oprema in podatki v jedrski fiziki običajno niso primerni za reševanje problemov ion/nevtronskega transporta zaradi fizikalnih omejitev (n.p. omejene energije,omejeni modeli), zaradi geometrijskih detajlov ali pa zaradi jedrskihpodatkov. Potrebno je modelirati interakcijo devterona v tarči in dobiti podatke o energiji in smeri devterona, ko se upočasnjuje. To je problemtransporta ionov v snovi. Metoda Monte Carlo ima nekaj posebnih prednosti pred determinističnimi metodami, ki temeljijo na transportni teorijipri simulaciji upočasnjevanja in sipanja ionov v snovi. Tako na primeromogoča bolj natančno obravnavo elastičnega sipanja. Na voljo je precej programov, ki rešujejo ta problem. Med drugim so to uveljavljeni program SRIM(verzija 2008) in MCNPX (verzija 2.6). Oba programa temeljita na fizikalnih modelih transporta devterona v snovi. Modeli v MCNPXu so načrtovaniza energije devterona 200 MeV ali višje in njihova uporaba ni zanesljiva pod to mejo. V programu MCNPX so transport devterona in reakcije lenad neko mejo MeV, zato nevtroni ne morejo biti generirani pri nizkih energijah. V programu SRIM je modeliran transport ionov tudi pri nizkih energijah, ampak ta program ne more biti uporabljen kot izvor nevtronov, ker je sploh nima vključenih jedrskih reakcij. To pomanjkljivost lahko zaobidemo tako, da modeliramo jedrsko reakcijo, ki proizvede nevtron tako, da uporabimo približek za transporta ionov (zanemarimo kotno raztresenost) ali pa celo v kotnem efektu tarče in jedrske reakcije (n.p. presortiramo v neodvisno evaluacijo kotnih nevtronskih emisij) ali pa prikrojimo program za določen problem. V nadaljevanju so predstavljene možnosti, ki so običajne dandanes. V FNG je bila razvita neodvisna metoda za simulacijo D-T spektra pri različnihkotih. FNGjev model izvora je bil prilagojen distribuciji MCNP programa, kjer uporabnik definira izvorni člen (bistvena sta SOURCE in SRCDX podprograma). Z ukazom RDUM na MCNP vhodni datoteki uporabnik določi energijo in širino curka devteronov ter dimenzije tarče in njeno materialno sestavo. Podprogram je bil pripravljen za verzijo MCNP-4B in MCNP-4C. FNG model izvora modelira Monte Carlo transport devteronov v trdnih tritijevih tarčah tako, kotje to v programu SRIM. Program je bil preveden iz BASICa v FORTRAN v katerem je napisan MCNP.

07.08.2023