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Cross sections for neutron-included fission of U-235, U-238, Bi-209 and Pb-nat in the energy range from 30 MeV to 200 MeV

Categories:
  • Fundamentals of Metrology
18.03.2004

Eine der zur Zeit international diskutierten Strategien zur Reduzierung der Radiotoxizität radioaktiver Abfälle ist die sogenannte Transmutation. Dabei sollen die in konventionellen Spaltreaktoren entstehenden langlebigen Alphastrahler und einige Spaltprodukte mit großer Halbwertszeit in unterkritischen, mit einer Spallationsneutronenquelle getriebenen Reaktoren durch Neutroneneinfang und Spaltung in kurzlebigere oder stabile Nuklide umgewandelt werden. Für die Konzeption solcher Anlagen werden Wirkungsquerschnitte für den Neutronenenergiebereich oberhalb von 20 MeV benötigt, der in der konventionellen Kerntechnik nicht von Bedeutung ist.

Die Europäische Union hat deshalb mehrere Forschungsvorhaben gefördert, deren Ziel die Verbreiterung dieser Datenbasis war. Der Beitrag der PTB zu dem Ende 2003 abgeschlossenen Forschungsvorhabens HINDAS (High and Intermediate Energy Nuclear Data for Accelerator Driven Systems) war die Messung der Wirkungsquerschnitte für neutroneninduzierte Spaltung von 235U, 238U, 209Bi und natPb im Energiebereich zwischen 30 MeV und 200 MeV. Neben der Bedeutung für innovative unterkritische Reaktorkonzepte sind die Spaltquerschnitte für 235U und 238U auch als Referenzwirkungsquerschnitte für die Neutronenmetrologie wichtig. Die im Rahmen von HINDAS erzielten Ergebnisse sind deshalb bereits als vorläufige Daten in eine neue Evaluation der Spaltwirkungsquerschnitte für 235U und 238U eingeflossen.

Abbildung 1: Experimentelle Wirkungsquerschnitte (kreisförmige Symbole) für die neutroneninduzierte Spaltung von 235U und 238U im Vergleich mit den vom International Nuclear Data Committee (INDC) empfohlenen Daten (durchgezogene Linien). Die relativ großen Abweichung der experimentellen Wirkungsquerschnitte von den Referenzdaten bei 100 MeV sind vermutlich auf ein Normierungsproblem zurückzuführen.


Abbildung 2: Experimentelle Wirkungsquerschnitte (kreisförmige Symbole) für die neutroneninduzierte Spaltung von 209Bi und natPb im Vergleich mit den vom International Nuclear Data Committee (INDC) empfohlenen Daten für 209Bi und der Parametrisierung von Prokofiev et al. für 208Pb (durchgezogene Linien).

Die Abbildungen 1 und 2 zeigen die Ergebnisse der an Beschleunigeranlagen in Louvain-la-Neuve und Kapstadt durchgeführten Messungen. Während die Daten für 235U und 209Bi mit den bisher empfohlenen Querschnitten konsistent sind, zeigt sich bei 238U im Energiebereich zwischen 30 MeV und 60 MeV eine Abweichung von etwa 7%. Für natPb liegen bisher keine Referenzdaten vor. Zum Vergleich enthält die Abbildung 2 deshalb Daten für 208Pb.

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