Desafios na metrologia de nêutrons

Transcrição

1 Desafios na metrologia de nêutrons Evaldo Simões da Fonseca Congresso Brasileiro de Metrologia das Radiações Ionizantes CBMRI 2016

2 Visão geral sobre os futuros desafios International Tokamak Experimental Reactor ITER International Fusion Material Irradiation Facility IFMIF Fontes de nêutrons baseadas em laser Radioterapia com nêutrons e ions (blindagem de aceleradores de alta energia) Padrões de seções de choque para nêutrons

3 International Tokamak Experimental Reactor ITER ITER (caminho em latim)

4 Raio ~ 6 m n/s Lançado em países membros 30 colaboradores Fator de amplificação Q > 10 Entrada 50 MW saída 500 MW

5 O QUE É FUSÃO? Fusão é a fonte de energia do Sol e das estrelas. No tremendo calor e gravidade no núcleo desses corpos estelares, núcleos de hidrogênio colidem, fundindo-se em átomos mais pesados de hélio e liberando enormes quantidades de energia nesse processo. Os estudos sobre fusão no século XX identificaram que a reação de fusão mais eficiente no ambiente de laboratório é entre os dois isótopos de hidrogénio, deutério (D) e trítio (T). A reação de fusão DT produz o maior ganho de energia para as "mais baixas" temperaturas. Três condições devem existir para obter a fusão em um laboratório: temperatura muito elevada (da ordem de 150 milhões Celsius); suficiente densidade de partículas de plasma (para aumentar a probabilidade de que as colisões ocorram); e tempo de confinamento suficiente (para manter o plasma, que tem uma propensão para se expandir, dentro de um volume definido). A temperaturas extremas, os elétrons são separados dos núcleos e esse gás denominado plasma, muitas vezes é chamado de quarto estado da matéria. Plasmas de fusão proporcionam o ambiente em que os elementos leves podem fundir-se e produzir energia. Num dispositivo Tokamak, campos magnéticos fortes são usados para limitar e controlar o plasma.

6 Diagrama de 1 bobina de contenção

7 Bobina de contenção

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11 Instrumentação para o ITER Contadores e espectrômetros Câmaras de fissão para nêutrons Cintiladores para raios gama e nêutrons Diamantes naturais e CVD (chemical vapor deposition)

12 Desafios da metrologia de nêutrons nas experiências de fusão Desenvolvimento e caracterização de monitores e espectrômetros para fluxos de nêutrons intensos (monitores da emissão, espectrômetros (ativos e passivos)) Otimização da espectrometria com folhas de ativação (avaliação das sessões de choque e covariâncias) Produção e caracterização de conjuntos de referência com múltiplas folhas

13 International Fusion Material Irradiation Facility IFMIF Instalação para teste de materiais candidatos a serem usados em reatores de fusão Japão, União Europeia, USA, and Russia, and IAEA (Gerenciamento)

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17 Desafios da metrologia de nêutrons nas experiências de fusão Calibração de detectores e espectrômetros até 60 MeV (monitores da emissão, espectrômetros (ativos e passivos)) Medições de (n,xnn) seções de choque de ativação da reação Produção e caracterização de conjuntos de referência com múltiplas folhas (para espectrômetros com múltiplas folhas de ativação até 60 MeV)

18 Fontes de radiação baseadas em laser Ions e fontes de nêutrons baseados em laser (dd- e dt-fusion, (gama,n), (p,n),...) ATLAS, PQ Garching, D VULCAN, Rutherford Lab, UK POLARIS, U Jena, e muitos outros

19 Science and Technology Facilities Council - STFC Vulcan é uma instalação com laser (Petawats (10 15 Watts) disponível para o UK e para a comunidade internacional de pesquisadores.

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22 Produção de prótons rápidos a partir da irradiação com laser com de um alvo de Al (10 um) Os prótons interagem com um alvo de Cu e Pb (1 mm) (W = W/cm 2 )

23 Desafios da metrologia de nêutrons nas experiências baseadas em laser Condições das medições de nêutrons nas fontes de radiação baseadas em laser Pulsos muito curtos (sub ns a sub ps) Frequência de repetição baixa (10 Hz a 1/100 Hz) Aumento da produção de nêutrons com a energia do laser (10 6 a n/pulso) Radiação de fundo gama alta, pequenas distâncias

24 Detectores rápidos para múltiplos eventos, espectrometria de tempo de voo Monitoração e espectrometria com sistemas de detectores passivos (folhas de ativação, TLD,...)

25 Desafios futuros Radioterapia com nêutrons de alta energia (< 60 MeV) Radioterapia com prótons e íons pesados Problemas de blindagem em aceleradores de alta energia

26 Desafios da metrologia de nêutrons em aceleradores de alta energia Desenvolvimento, caracterização e calibração para energias desde térmicos até 200 Mev (monitores de emissão, espectrômetro ativo e passivo, dosímetros individuais e de área) Instrumentos de referencia para calibração de dosímetros para (n+gama)-dose absorvida no tecido (calorímetro de água, TEPC vs TE-IC + Mg-IC)

27 Desafios da metrologia de nêutrons nos campos de calibração (ISO 8529) Espectro de fluência dos campos térmicos Nêutrons monoenergéticos de 144 kev < En < 19 MeV (feixes filtrados de reatores (Bi, U, Sc, Fe, Si)) Para as fontes radioisotópicas a caracterização do espectro de fluência (necessidade de espectrometria)

28 Obrigado!