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Neutron cross-section standards

Neutron-induced cross section measurements rely on standard cross sections. For the first time, 3 standards were studied simultaneously to check for their consistency at the n_TOF facility at CERN taking advantage of a detection system developed by INFN.
One of the figures of the article, selected by European Physical Journal A to illustrate the front cover of the journal, in issue 7. Detection system.

10.1140/epja/i2019-12802-7

Link:https://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epja/i2019-12802-7

DIFA Authors/Autori DIFA, other/Enti presso DIFA: Alice Manna, Cristian Massimi e Gianni Vannini / INFN / ENEA

 

Neutron cross section standards are a limited number of neutron-induced cross sections, known with high accuracy and precision. Neutron cross-section standards are important in the measurement of all other neutron reaction cross sections as well as in the development of neutron detectors. Not many cross sections can be defined as absolute, most are measured relative to the cross section standards. As a consequence, improvements in the standard cause all measurements relative to that standard to be improved. This is the reason for the emphasis on increasing the quality of neutron cross section standards (angular distribution of reaction products, energy region over which they are considered standard) and reduce their uncertainty.

At the neutron time-of-flight facility n_TOF at CERN, for the first time the 3 standards 235U(n,f), 6Li(n,3H)4He e 10B(n,4He)7Li were measured simultaneously in a wide energy range. The detection system consisted of a stack of six samples and six silicon detectors placed in the neutron beam (as shown in the figure).

Typically, precision measurements do not provide unexpected results. On the contrary in this measurement a significant deviation in the 235U(n,f) cross section was observed between 10 and 30 keV neutron energy.

More details on the experiment, together with the results of the measurements have been published in European Physical Journal A.   One of the figures of the article has been selected to illustrate the front cover of the issue 7 of EPJA.

Sezioni d’urto standard

La misura delle sezioni d’urto indotte da neutroni si basa sull’esistenza di sezioni d’urto standard, cioè di riferimento. Per la prima volta, presso la facility per tempi di volo di neutroni n_TOF al CERN,  è stato possibile studiare simultaneamente 3 standard, e verificarne la consistenza, grazie ad un apparato di rivelazione sviluppato dall’INFN.

Sono dette "standard" un gruppo ristretto di sezioni d'urto di reazioni nucleari indotte da neutroni, note con grande precisione e accuratezza. Gli standard ricoprono un ruolo chiave nella misura delle sezioni d’urto indotte da neutroni, e in particolare nella progettazione dei rivelatori di neutroni. Nelle misure sperimentali, infatti, le sezioni d’urto non vengono determinate in assoluto, ma sono ricavate relativamente a una sezione d’urto standard. Per questo motivo, particolare attenzione è rivolta al continuo miglioramento della conoscenza degli standard (distribuzioni angolari dei prodotti di reazione, regione energetica in cui queste reazioni sono considerate standard) e alla riduzione delle incertezze.

Presso la facility per tempi di volo di neutroni n_TOF al CERN, sono state misurate per la prima volta simultaneamente le sezioni d'urto dei 3 standard 235U(n,f), 6Li(n,3H)4He e 10B(n,4He)7Li in un ampio intervallo energetico. L’apparato di rivelazione è stato ideato e realizzato dall’INFN e consiste di una pila di rivelatori a stato solido e bersagli di uranio, litio e boro, posti direttamente sul fascio di neutroni (come si vede nella figura).

Di norma, i risultati delle misure di precisione non riservano particolari sorprese, in questo caso invece è stata osservata un’interessante deviazione rispetto ai dati in letteratura per la sezione d'urto di 235U(n,f) nell’intervallo di energie dei neutroni incidenti tra  10 e 30 keV.

I dettagli dell’esperimento e i risultati sono stati pubblicati su European Physical Journal A. L’articolo è stato selezionato per la copertina del numero di luglio di EPJ A.