Determination of the neutron flux for the CRAB experiment

Abstract

Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, die Detektoreffizienz mehrerer Gasproportionalzähler die am Atominstitut verwendet werden, so genau wie möglich zu bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen wurden mehrere Experimente durchgeführt. Die spektrale Verteilung des Neutronenstrahles wurde mittels Flugzeitspektroskopie bestimmt. Eine Neutronenaktivierungsanalyse wurde an mehreren Indiumsonden durchgeführt, um einen Referenzwert für den absoluten vorhandenen Neutronenfluss zu erhalten. Die Effizienzen der untersuchten Detektoren wurden experimentell bestimmt, indem der von ihnen gemessene Fluss mit dem absoluten vorhandenen Fluss verglichen wurde. Weiters wurde eine analytische Formel zur Berechnung der Detektoreffizienz für gasgefüllte Neutronendetektoren mit und ohne Blenden getestet. Außerdem wurde eine alternative für die momentan verwendete Software zum Auslesen der Resultate von Gammadetektoren getestet. Die Resultate zeigen gute Übereinstimmungen zwischen den theoretischen Erwartungen der Formel für Detektoreffizienz und den experimentellen Ergebnissen; die vorhergesagten Effizienzen befinden sich großteils innerhalb von ±σ um die experimentellen Werte. Eine Tabelle für übliche Blendengrößen und deren zugehörigen Detektoreffizienzen wurde erstellt um in Zukunft Zeit für Berechnungen sparen zu können. Es wurde ferner beobachtet, dass der untersuchte Neutronenstrahl scheinbar für Anwendungen mit geringerer benötigter genauigkeit durchaus als vollständig monochromatisch und thermisch angenommen werden kann. Während dies streng genommen nicht der Fall ist, da er sich eigentlich aus mehreren Wellenlängen zusammensetzt, sind die experimentellen Effizienzen nahe an den Vorhersagen der Formel für thermische Neutronen.

The scope of this master thesis is to accurately determine the detector efficiencies of multiple gas proportional counters which are in use at Atominstitut. To achieve this goal, multiple experiments have been performed: The spectral distribution of the neutron beam used was determined by neutron time-of-flight spectroscopy. A neutron activation analysis of Indium samples provided data about the absolute neutron flux present. The efficiencies of the characterised detectors was then experimentally determined by compar- ing their measured fluxes to the absolute flux present. Furthermore an analytical formula for calculating the efficiency of a gas-filled neutron detector with or without apertures was tested with those measurements. Additionally, an alternative to the currently used software for the readout of gamma detectors was tested as well.The results showed good agreement between the analytical formula for detector efficiency and the experimental results; the predicted efficiencies mostly are within ±sigma of the ex- perimental values. A table for common aperture sizes and the corresponding expected efficiencies has been compiled to allow for quick use and save time on those calculations in the future. It was observed that the assumption of a monochromatic thermal neutron beam may be justified for application with lower required precision. Despite consisting of multiple wavelengths, the detector response was quite close to the expectation for a thermal neutron beam.