Bestimmung der Spaltwirkungsquerschnitte von 238U, 237Np und 242Pu durch Bestrahlung mit schnellen Neutronen am FRM II

Abstract

Ziel dieser Diplomarbeit war die Bestimmung des integralen Spaltwirkungsquerschnitts von U-238, Np-237 und Pu-242 durch Spaltneutronen. Die Versuche wurden an der Forschungsneutronenquelle FRM II in Garching durchgeführt. Dort konnten die Proben an der MEDAPP Station mit Spaltneutronen bestrahlt werden. Die Bestrahlungszeit wurde für die Np-237 und Pu-242 Proben erhöht, da deren Probenmassen viel geringer waren als die der Uran Probe. Nach der Bestrahlung mit Neutronen wurden die Aktivitäten der entstandenen Spaltprodukte mithilfe eines Germaniumdetektors gemessen. Die Messungen wurden mehrmals, mit maximal einem Tag Abstand zwischen zwei Messungen, durchgeführt. Die Messdauer der Pu-242 und Np-237 Proben wurde bei einigen Messungen auf mehrere Stunden bis Tage erhöht, weil die erreichte Aktivität zu gering war. Anhand der Daten aus den Zerfallsmessungen konnten die integralen Spaltwirkungsquerschnitte und die Spaltausbeute der gefundenen Spaltprodukte berechnet werden. Für U-238 ergibt sich ein Wirkungsquerschnitt von 380 ± 11 mb. Dieses Ergebnis ist um sieben Prozent bzw. 13 Prozent höher als die Werte in den Kerndatenbibliotheken ENDF, JEFF und JENDL. Dabei wurden die Werte aus den Bibliotheken vorher an den Neutronenfluss an der MEDAPP Station angepasst. Unsere Ergebnisse für Np-237 und Pu-242 betragen 3,0 ± 0,4 b und 2,2 ± 0,4 b und sind damit ca. doppelt so groß als der angepasste Wert aus den Kerndatenbibliotheken. Als Grund für die starke Abweichung des integralen Spaltwirkungsquerschnitts für die Neptunium- und Plutoniumprobe wird die geringe Probenmasse vermutet.

The aim of this diploma thesis was to determine the integral fission cross section of U-238, Pu-242 and Np-237 using fission neutrons. The tests were carried out at FRM II in Garching. There, at the MEDAPP Station the sample could be irradiated with a beam of fission neutrons. For Np-237 und Pu-242 samples the irradiation time was increased because of their small sample mass compared to the uranium sample. After irradiation, the decay of the fission products was measured using a germanium detector. These measurements were carried out several times successively for several hours. The measurement time of the Pu-242 and Np-237 samples was prolonged, due to the low sample mass. Using the data from the decay measurements, the integral fission cross sections and the fission yield of the fission products detected could be calculated. The fast fission cross section for U-238 was determined as 380 ± 11 mb. This is 7 % and 13 % higher than the values of the nuclear data libraries ENDF, JEFF and JENDL. These library values were previously adjusted to the neutron flux at the MEDAPP station. The results of Np-237 and Pu-242 were 3.0 ± 0.4 b and 2.2 ± 0.4 b, which is around twice as high as the adjusted value of the nuclear data libraries. The low sample mass was assumed to be the reason for the large deviation of the integral fission cross-section for the neptunium and plutonium sample.