Caracterización de la emisión neutrónica y del espectro de radiación x de alta energía generados en una descarga plasma focus

• Autores: Knoblauch, Pablo Tomás
• Año de publicación: 2011
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Moreno, César Hugo
• Materia: PLASMA FOCUS; NEUTRONES; ANISOTROPIA; RADIACIÓN X DE ALTA ENERGIA; ESPECTROS; PLASMA FOCUS; NEUTRON; ANISOTROPY; HARD X RAYS; SPECTRUM
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En la presente tesis se exponen los resultados del estudio de la radiación x de alta energía y delos neutrones que son emitidos por un dispositivo plasma focus de 4.7 kJ operado con mezclas dedeuterio y argón. La anisotropía de emisión neutrónica fue estudiada empleando 2 detectores por activación deplata. Dichos detectores se ubicaron sobre el eje de simetría de los electrodos y a 90º. Se exploraronpresiones de carga entre 3 y 6 mbar y mezclas de deuterio con 2.5% y 5% de argón además dedeuterio puro. La anisotropía medida varía entre 1.6 para 3 mbar con 0% de argón y 1.4 para 5 mbar con 5% de argón. Mediante simulaciones de Monte Carlo, con el código MCNP, se estudióla influencia que tienen los materiales que componen la cámara de descargas y los objetos querodean al dispositivo en la anisotropía medida. Los resultados de las simulaciones mostraron quela base de la cámara, construida en Nylon, influye significativamente en la anisotropía de emisióndetectada. Las investigaciones correspondientes a la producción neutrónica, mostraron que una mezcla dedeuterio con 2.5% de argón, respecto del caso con deuterio puro, aumenta la emisión de neutrones. El análisis de los resultados se completó con un modelo que tiene en cuenta el agregado de argón,lográndose un buen acuerdo con los datos experimentales. Para determinar los componentes espectrales de la radiación x, se desarrolló un formalismoque considera el efecto dispersor de los fotones que atraviesan un conjunto de filtros metálicosacoplados a un sistema pantalla-película. La dispersión de los fotones se calculó con el código MCNP, estudiando el espectro generado por fotones monocromáticos de energías entre 20 keV y 600 keV, que inciden sobre una muestra metálica. La información experimental se obtiene del análisisdensitométrico de las radiografías, que fueron expuestas a la radiación atenuada en muestras deplata, cobre, níquel y titanio con espesores entre 0.01 cm y 1.0 cm. Los resultados del espectro reconstruido para distintas presiones y mezclas de gases muestranun pico predominante alrededor de 80 keV con componentes espectrales relevantes entre 55 keVy 150 keV. A partir de simulaciones con MCNP, los espectros experimentales fueron comparadoscon los espectros generados por fuentes monocromáticas de electrones que impactan en la base delánodo.
The hard x ray radiation and neutrons emitted by a 4.7 kJ plasma focus operated with deuteriumargonmixtures are studied. The anisotropy of neutrons was measured with 2 dectectors based in silver activation. The detectorswere located on the electrode’s axis simetry and 90º. Pressures between 3 to 6 mbar andmixtures of deuterium with 0%, 2.5% and 5% argon were explored. Values of measured anisotropyare between 1.6 for 3 mbar with 0% of argon and 1.4 for 5 mbar with 5%. Monte Carlo simulationswith the MCNP code were carried out to study the influence of the materials of the discharge chamberand the objects that sorround the device on the anisotropy. The simulations show that the baseof the chamber, build in Nylon, affect the measured anisotropy. The experimental measurements of the neutronic production have shown that a mixture ofdeuterium with 2.5% argon increases the emission of neutrons, in comparison with pure deuterium. To complete the analysis, a model including the additon of argon was developed, showing a goodagreement with experimental data. To determine the spectral components of hard x rays, the attenuation and scattering of thephoton beams produced by the discharges in a set of metallic filters was studied. The scattering andthe attenuation of photons were calculated with MCNP code, considering the spectrum generatedby sources of monochromatic photons of energies between 20 keV and 600 keV that impact a metallicsample. Experimental data was obtained from the densitometric analysis of radiographies that wereimpressed by attenuated radiation in silver, copper, nickel and titanium samples of thickness in therange of 0.01 cm to 1.0 cm. Spectrums obtained from experimental data for different pressures and gas mixtures were obtained,showing a dominant peak around 80 keV with spectral components between 55 keV and 150 keV. Numerical simulations with MCNP were conducted to compare the experimental spectrumwith spectrums generated by monochromatic sources of electrons that impact the anode base.
Fil: Knoblauch, Pablo Tomás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.