PROTON GELME ENERJİSİ 50 MeV’ye KADAR OLAN 232 Th(p,n) 232 Pa, 237 Np(p,n) 237 Pu ve 238 U(p,n) 238 Np REAKSİYONLARININ TESİR KESİTLERİNİN HESAPLANMASI ABDULLAH KAPLAN* EYYÜP TEL ve EMİNE GAMZE AYDIN** Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ANKARA *Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ISPARTA ** Gazi Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, ANKARA

Giriş Parçacık hızlandırıcılarının başta temel parçaçık fiziği ve nükleer fizik deneyleri olmak üzere; malzeme fiziğinden yüzey fiziğine, x-ışınlarından nötron terapisine, proton terapisinden iyon implantasyonuna, petrol ve gaz yataklarının aranmasından çevre atıklarının etkisiz hale getirilmesine, gıda sterilizasyonundan izotop üretimine, nükleer atıkların temizlenmesinden toryuma dayalı nükleer santrallere, polimerizasyondan litografiye, anjiyografiden baca gazlarının temizlenmesine, mikrospektroskopiden güç mühendisliğine, sinkrotron ışınımından serbest elektron lazerlerine, ağır iyon füzyonlarından plasma ısıtılmasına kadar yüzlerce kullanım alanı mevcuttur.

Prof.Dr. D.A. ERCAN 1.Ulusal Parçacık hızlandırıcıları ve uygulamaları kongresi,25-26 Ekim 2001

Son zamanlarda, çekirdeklerin reaksiyon mekanizmalarının araştırılmasında ve birçok nükleer uygulama alanlarında önemli bir yer tutan reaksiyon tesir kesitlerini ölçmek için birçok deneysel teknikler ve bazı teorik modeller geliştirilmektedir.

Nükleer uygulamalar için orta enerjilerde, içinde fisyon tesir kesitlerinin de bulunduğu, büyük miktarda nükleer reaksiyon tesir kesitlerinin bilinmesine gerek vardır. Özellikle, Parçacık hızlandırıcılarının, fisyon ve füzyon reaktörlerinin zırhlanmasında Uzay araştırmalarında kullanılan insan ve gereçlerin maruz kaldığı radyasyonun kestirilmesinde Tıbbi radyoizotop üretimi ve radyasyon tedavisi konularında Nükleer santral ve diğer nükleer tesislerde üretilen uzun yarı ömürlü nükleer atıkların hızlandırıcı kullanılarak daha kısa yarı ömürlü izotoplara dönüştürülmesi (ADS) işlemlerinde nükleer veri eksiği bulunmaktadır [1].

Bu bilgiler aynı zamanda nükleer etkileşmeler teorisi, nükleer yapı ve nükleer maddenin özelliklerinin geliştirilmesi için de gereklidir [1]. Nükleer reaksiyon tesir kesitleri başlıca; deneylerle ölçülerek veya teorik olarak hesaplanarak elde edilebilir.

Doğada var olan veya laboratuvarlarda üretilen yaklaşık 4000 civarındaki izotopun, nötron, proton, alfa ve diğer nükleer parçacıklar için, birkaç GeV’e kadar uzanan enerji aralığında, nükleer reaksiyon tesir kesitlerinin ölçülmesi fiziksel ve ekonomik olarak zordur. Bu nedenle, teorik model hesaplamaları çok önemli bir rol oynamaktadır. Bunun için güvenilir nükleer modeller ve nükleer bilgisayar programları gereklidir [1].

Bu çalışmada; bir proton hızlandırıcısında MeV arası proton gelme enerji aralığında, 230≤A≤240 arasındaki hedef çekirdeklerle oluşturulan; 232 Th(p,n) 232 Pa, 237 Np(p,n) 237 Pu ve 238 U(p,n) 238 Np reaksiyonlarının reaksiyon tesir kesitleri hesaplandı.

Hesaplamalarda; Denge durumu için, Weisskopf- Ewing Model Denge öncesi etkileri incelemek için ise; Hibrid Model Geometri Bağımlı Hibrid Model Cascade Exciton Model Full Exciton Model kullanıldı MeV gelme enerjili protonlar için deneysel tesir kesitleri literatürden ve Deneysel Nükleer Reaksiyon Data (EXFOR/CSISRS) kütüphanesinden elde edildi. Deneysel veriler ile teorik hesaplamalar karşılaştırıldı ve üretim verimliliğinin optimum enerji aralıkları belirlendi.

Hesaplamalar Reaksiyon sistematikleri, teorik modeller kullanılarak tesir kesiti hesaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır [5, 6, 7]. 232 Th(p,n) 232 Pa, 237 Np(p,n) 237 Pu ve 238 U(p,n) 238 Np reaksiyonlarının reaksiyon tesir kesitleri nükleer reaksiyon modelleri kullanılarak hesaplandı. Hesaplamalar; CEM95 [11] (Cascade Exciton Modeli için) ALICE/LIVERMORE-82 [4] (Hibrid ve Geometri Bağımlı Hibrid Model için), PCROSS [12] (Full-Exciton Model ve Weisskopf-Ewing Model için) paket programlarıyla yapıldı. Programlar NEA DATA BANK ‘tan temin edildi.

Sonuçlar Şekil Th(p,n) 232 Pa reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [15, 16, 17] den alınmıştır.

Şekil Np(p,n) 237 Pu reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [18, 19] den alınmıştır.

Şekil U(p,n) 238 Np reaksiyonunun reksiyon tesir kesiti (Cross section) hesaplamalarının literatürden alınan deneysel değerlerle karşılaştırılması. Deneysel değerler Ref. [20, 21, 22] den alınmıştır.

Tartışma Şekil (1-3)’de hesaplanan sonuçlar deneysel değerlerle karşılaştırıldı. Genel olarak bakıldığında, deneysel ve teorik sonuçlar birbirleriyle uyumludur. Proton gelme enerjileri MeV’ye kadar denge hesaplamaları (PCROSS ve ALICE) deneysel değerlerle uygun olup, denge öncesi hesaplamaları (Hibrid Model, Geometri Bağımlı Hibrid Model ve Cascade Exciton Model) ise; 20 MeV’den sonra uyumludur. Denge öncesi hesaplamalardan olan Full Exciton Model 20 MeV’den sonra uyumlu değildir.

Bu çalışmada kullanılan 232 <A< 238 ( 90<Z< 92) arasındaki çekirdekleri için (p,n) reaksiyon tesir kesiti değerleri 20 MeV’den sonra maksimum verip, 50 MeV’ye kadar sabit kalmaktadır. Optimum enerji aralığı 20 ± 5 MeV’dir. Bu reaksiyonlar, spallasyon nötron üretimi için kullanılabilir. Bunun için de, yaklaşık 30 MeV’den başlayan enerjilerde yüksek enerjili siklotrona gerek vardır.

Bundan sonra yapılacak olan çalışmalar, nükleer reaksiyon modellerine dayanan nükleer reaksiyon hesapları, radyoizotop üretim programları için gerekli veri tabanının güçlendirilmesi, üretim teknolojisinin geliştirilmesi ve deneysel çalışmalara ışık tutması bakımından önemli olacaktır.

Referanslar [1] B. Şarer, 05/ kodlu Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi.05/ kodlu Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi [2] E. Tel, İ. Demirkol, A. Arasoğlu, B. Şarer, Mod. Phys.Lett. A Vol: 19 No:22 (2004). [3] K. K. Gudima, S. G. Mashnik and V. D. Toneev, Nucl. Phys. A 401 (1983) 329. [4] M. Blann and J. Bisplinghoff, ‘‘CODE ALICE/LIVERMORE 82,’’ UCID (1982). [5] İ. Demirkol, E. Tel, A. Arasoglu, A. Özmen, B. Sarer, A. Acir, M. Alkan Nucl. Sci. And Eng. Vol: 147 No: 1, (2004) 83. [6] E.Tel, Ş. Okuducu, A. Aydın, B. Şarer, G. Tanır, Acta Phys. Slov., Vol 54, No.2, (2004) 191. [7] E. Tel, B. Şarer, Ş. Okuducu, A. Aydın and G. Tanır, J. Phys.G: Nucl. Part. Phys., 29 (2003) [8] V. MCLANE, CSISRS experimental nuclear data file, National Nuclear Data Center Brookhaven National Laboratory, (1997). [9] V. F. Weisskopf, D. H. Ewing, Phys. Rev. 57 (1940) 472. [10] W. Hauser, H. Feshbach, Phys. Rev. 87 (1952) 366. [11] S. G. Mashnik, ‘‘CODE CEM95 ’’.Bogoliubov Laboratory of Theoritical Physics, Joint Institute for nuclear research. Dubna,Moskow, , Russia. [12] R. Capote, V. Osorio, R. Lopez, E. Herrara and M. Piris, 5472/RB, Higher Institute of Nuclear Science and Tecnology,Cuba, (PCROSS program code) (1991).INDC (CUB-004). [13] W. Dilg, W.Schantl, Vonach and H. M. Uhl, Nucl.Phys. A 217 (1973) 269. [14] F. C. Williams, Nucl. Phys. A 166 (1971) 231. [15] A. Roshchin, S. Yavshits, V. Jakovlev, E. Karttunen, J. Aaltonen, S. Heselius, Yad. Fiz. 60 (1997) [16] H. Kudo, H. Muramatsu, H. Nakahara, K. Miyano, I. Kohno, Phys. Rev. C 25 (1982) [17] H. A. Tewes, Phys. Rev. 98 (1955) 25. [18] J. Aaltonen, E. Gromova, V. Jakovlev, S. J. Heselius, P. Dendooven, W. Trzaska, Radiochim. Acta 88 (2000) 129. [19] J. Aaltonen, M. Brenner, V. D. Dmitriev, A. M. Fridkin, V. B. Funshtein, E. A. Gromova, S. J. Heselius, V. A. Jakovlev, Yu. A. Selitskiy, Appl. Radiat. Isot. 44 (1993) 831. [20] Y. L. Zhao, M. Tanikawa, K. Sueki, I. Nishinaka, K. Tsukada, Y. Oura, Y. Nagame, H. Nakahara, Radiochim. Acta 86 (1999) 79. [21] A. Turkevich, Radiochim. Acta 64 (1994) 145. [22] B. Ya. Guzhovskii, S. N. Abramovich, A. G. Zvenigorodskii, V. S. Rudnev, S. V. Trusillo, Conf. on Nucl. Data for Sci. and Techn., Gatlinburg 1994, 390 (1994).

TEŞEKKÜRLER [4]