Measurement of 50Cr and 53Cr Neutron Capture Cross Sections for Nuclear Technology at CERN n_TOF and HiSPANoS

• Autores: Pablo Pérez Maroto
• Directores de la Tesis: Carlos Guerrero Sanchez (dir. tes.), Begoña Fernández Martínez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 192
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    El papel de la energía nuclear se ha reconocido como crucial para reducir la emisión de CO2 y, al mismo tiempo, satisfacer la creciente demanda de energía a nivel mundial. El desarrollo hacia una energía nuclear más eficiente y segura requiere de datos nucleares de alta calidad, que sirvan a los benchmarks de criticidad y seguridad para identificar y priorizar aquellos datos que necesitan ser mejorados.

    En este contexto, debido a su abundancia en el acero inoxidable, el cromo desempeña un papel importante en algunos benchmarks centrados en materiales estructurales. De hecho, se ha constatado que las actuales discrepancias del ~30% en la sección eficaz de captura de neutrones del 50Cr y 53Cr tienen un impacto de alrededor del 1% en k-eff. Esta discrepancia tan elevada está relacionada con el hecho de que las medidas anteriores del cromo pudieron sufrir efectos de scattering de neutrones, mientras que la más reciente (Guber et al. de 2011) parece tener problemas relacionados con las muestras. Esto se señaló en la evaluación más reciente (INDEN), que propuso un incremento de dichas secciones eficaces, pero pidió nuevos datos para confirmarlo o desmentirlo. Por esta razón, la Agencia de Energía Nuclear (NEA) abrió una entrada en su Lista de Peticiones de Alta Prioridad (HPRL) para medir la sección eficaz de captura de 50,53Cr entre 1 y 100 keV con una precisión del 8 al 10%, con énfasis en la región por debajo de 10 keV.

    Este trabajo se centra en las medidas llevadas a cabo como respuesta a dicha petición. En primer lugar, se realizó una medida de tiempo de vuelo en la instalación n_TOF del CERN (Suiza), en la que se midió el yield de captura de ambos isótopos, proponiendo un nuevo conjunto de parámetros de resonancia. Además, por primera vez se ha llevado a cabo una medida de activación con neutrones del 50Cr en la instalación HiSPANoS del CNA (España), para determinar su MACS a kT=30 keV. Los resultados de ambos concuerdan, mientras que la comparación con las evaluaciones indica una clara sobrestimación en la sección eficaz de ambos isótopos del 20-40% por parte de INDEN. Considerando todas ellas, nuestros resultados concuerdan mejor con CENDL-3.2, que es la única que no usa los datos de Guber et al. (2011). Con estos hallazgos, las nuevas secciones eficaces diferenciales e integrales aquí reportadas deberían contribuir a resolver el rompecabezas del cromo e impulsar nuevos esfuerzos en cuanto a su evaluación.

  • English

    Nuclear energy has been recognized as crucial in terms of decreasing the CO2 emissions due to carbon sources while satisfying the increasing energy demands worldwide. The associated development towards a more efficient and safer nuclear energy requires nuclear data of high quality, serving criticality safety benchmarks to identify and set priorities about those that need to be improved.

    In this context, because of its significant abundance in stainless steel, chromium plays an important role in some benchmarks focused on structural materials. Indeed, it has been found that current ∼30% discrepancies in the neutron capture cross sections of 50Cr and 53Cr have an impact of about 1% on keff . Such high discrepancy is related to the fact that the old chromium measurements could suffer from neutron scattering effects, while the most recent one (Guber et al. from 2011) seems to have samples related issues. This was pointed out in the most recent evaluation (INDEN), which proposed an important increase of these cross sections but called for new data to confirm or deny it. For this reason, the Nuclear Energy Agency (NEA) opened an entry in its High Priority Request List (HPRL) to measure the 50,53Cr (n,γ) cross sections with an accuracy of 8 to 10%between 1 and 100 keV, with emphasis on the region below 10 keV.

    This work is dedicated to the measurements carried out as a response to the NEA request. First, a time-of-flight measurement was performed at the n_TOF facility of CERN (Switzerland), in which the capture yield of both isotopes was measured and a new set of resonance parameters has been proposed. In addition, for the first time a neutron activation measurement of 50Cr was performed at the HiSPANoS facility of CNA (Spain) to determine its MACS at kT = 30 keV. The results from both experiments are in agreement, while the comparison to the evaluations indicates a clear cross section overestimation by 20-40% in the recent INDEN evaluation for both isotopes. When all evaluations are considered, our results are in better agreement with CENDL-3.2, which is the only one not considering the most recent data by Guber et al. (2011). With these findings, the new differential and integral cross sections reported herein should contribute to impulse new evaluation effort and solve the chromium puzzle.