Fission fragment angular distributions in neutron-induced fission of 235U measured with a time projection chamber

Abstract

Präzise Kerndaten spielen eine wichtige Rolle in allen Anwendungen der Kernphysik; die Qualität von Simulationen und Modellen ist abhängig von verfügbaren Daten und deren Messunsicherheiten. Die Winkelverteilungen von Spaltfragmenten der Neutronen-induzierten Kernspaltung können Aufschluss über die Form der Spaltbarriere und Energieniveaus am Sattelpunkt geben, beides wichtige Informationen für die theoretische Entwicklung von Spaltmodellen. Zusätzlich sind die Winkelverteilungen wertvolle Kenngrößen für die Bestimmung von relativen Spaltquerschnitten, wenn diese für die beiden verwendeten Isotope verschieden sind. Die -Neutron Induced Fission Fragment Tracking Experiment- (NIFFTE) Kooperation verwendet eine Time Projection Chamber (fissionTPC) um fundamentale Kerndaten mit hoher Präzision zu messen. Das neuartige Instrument erlaubt eine komplette dreidimensionale Rekonstruktion von Teilchenbahnen, die eine direkte Messung von Winkelverteilungen und Emissions-Anisotropien von Spaltfragmenten in der Neutronen-induzierten Kernspaltung ermöglicht. Die Analyse von Strahldaten, die am Los Alamos Neutron Science Center gemessenen wurden, liefert Winkelverteilungen für die Reaktion 235U(n,f) als Funktion von Neutronenenergie von 160 keV bis 230 MeV. Das vorliegende 235U(n,f) Anisotropieresultat gibt Aufschluss über die Struktur der Anisotropiekurve von 1 bis 20 MeV, wo die Kurve dem Spaltwirkungsquerschnitt zu folgen scheint, was mit theoretischen Überlegungen im Rahmen des statistischen Modells der Kernspaltung konsistent ist.

Nuclear data play a vital role in nuclear energy and defense applications; the community heavily relies on simulations and modeling, and therefore on available data and their uncertainties. Fission fragment angular distributions in neutron-induced fission can provide insights into fission barrier shapes and level densities at the saddle point, both important quantities for fission theory developments. In addition, fragment emission anisotropies are valuable for precision cross section ratio measurements, if the distributions are different for the two isotopes used in the ratio. Available angular data is sparse, especially at neutron energies above 5 MeV. The Neutron Induced Fission Fragment Tracking Experiment (NIFFTE) collaboration employs a fission time projection chamber (fissionTPC) to measure fundamental nuclear data with unprecedented precision. The novel instrument enables complete three-dimensional tracking of charged particles providing a direct measurement of angular distributions and emission anisotropies of fission fragments in neutron-induced fission. Analysis of in-beam data collected at the Los Alamos Neutron Science Center provides angular distributions for 235U(n,f) as a function of incident neutron energy from 160 keV to 230 MeV. The current 235U(n,f) anisotropy result delivers new insights into the structure of the anisotropy curve between 1 and 20 MeV. The curve seems to follow the fission cross section closely in that energy range, which is consistent with theoretical considerations within the statistical model of nuclear fission.