- Titel
- Untersuchungen zum thermischen Neutronenspektrum des Ausbildungskernreaktors AKR-2 unter Anwendung der Flugzeitmethode für einen Ein-Chopper-Aufbau
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-981584
- Übersetzter Titel (EN)
- Investigations of the Thermal Neutron Spectrum of the Training Nuclear Reactor AKR-2 Using the Time-of-Flight Method for a Single-Chopper Setup
- Erstveröffentlichung
- 2025
- Datum der Einreichung
- 14.03.2025
- Abstract (DE)
- Der thermische Kernreaktor AKR-2 wurde hinsichtlich seines thermischen Neutronenspektrums mit der Ein-Chopper-Methode untersucht. Die durchgeführten Flugzeitmessungen wurden mit verschiedenen Entfaltungsalgorithmen (RichardsonLucy-Entfaltung, Wiener-Entfaltung und Tikhonov-Regularisierung) ausgewertet. Die benötigte Response-Matrix wurde mit Hilfe der geometrischen Ausdehnung des Choppers und der Detektorantwort erstellt. Zusätzlich wurden Untergrundanpassungen und Parameteroptimierungen durchgeführt. Nachfolgend ist das entfaltete Neutronenspektrum dargestellt. Die vorgestellte Methode wurde mit Hilfe von Transmissionsmessungen von Kupfer und Aluminium zur Wirkungsquerschnittsbestimmung validiert. Zusätzlich wurde die Bragg-Streuung mit der Ein-Chopper-Flugzeitmethode kombiniert, um einzelne Energien des thermischen Spektrums zu entfalten und auszuwerten.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Neutronen, thermisch, Flugzeit, Chopper, Entfaltung
- Klassifikation (DDC)
- 530
- Klassifikation (RVK)
- UN 5100
- GutachterIn
- Prof. Dr. Arno Straessner
- Dr. Marco Viebach
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Dresden, Dresden
- Version / Begutachtungsstatus
- publizierte Version / Verlagsversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-981584
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 04.08.2025
- Dokumenttyp
- Masterarbeit / Staatsexamensarbeit
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY-SA 4.0- Inhaltsverzeichnis
Einleitung 1 1. Theoretische Grundlagen 3 1.1. Strahlungstransportgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2. Neutronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1. Allgemeine Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.2. Wechselwirkung mit Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.2.1. Elastische Neutronenstreuung . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.2.2. Inelastische Neutronenstreuung . . . . . . . . . . . . 6 1.2.2.3. Neutroneneinfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.2.4. Austauschreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.2.5. Neutroneninduzierte Kernspaltung . . . . . . . . . . 7 1.2.3. Bragg Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3. Nachweis mit Detektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3.1. Austauschreaktionen mit positivem Q-Wert . . . . . . . . . . 8 1.3.2. Spaltkammer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3.3. Auswerteelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4. Kernspaltung im thermischen Kernreaktor . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.5. Herleitung Maxwell-Boltzmann-Verteilung . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.6. Entfaltungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.6.1. Richardson-Lucy-Entfaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.6.2. Wiener Entfaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.6.3. Tikhonov-Regularisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.7. Monte Carlo Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2. Materialien und Simulationsprogramme 19 2.1. AKR-2 als Neutronenquelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.2. Experimentierstrecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3. Proben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.4. Detektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5. Simualtionssoftware McStas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3. Methodik 27 3.1. Flugzeitmessungen mittels Ein-Chopperaufbau . . . . . . . . . . . . 27 3.2. Validierung 1: Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.3. Validierung 2: Bragg-Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 vi Inhaltsverzeichnis 4. Flugzeitmethode (ToF) 31 4.1. Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2. Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.3. Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.4. Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4.1. Vorversuch 1: Optimale Detektorposition . . . . . . . . . . . . 33 4.4.2. Vorversuch 2: Öffnungsfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.4.3. Vorversuch 3: Untergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4.4. Hauptversuch: Langzeitmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.4.5. Entfaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.4.5.1. Response-Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.4.5.2. Ermittlung der optimalen Entfaltungsparameter . . 39 4.4.5.3. Bestimmung der Unsicherheiten . . . . . . . . . . . 44 4.4.5.4. Entfaltetes Spektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5. Transmissionsversuche 49 5.1. Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.2. Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.3. Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6. Bragg-Streuung 54 6.1. Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 6.2. Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 6.3. Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 6.4. Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 6.4.1. Vorversuch 1: Streckenverbesserungen . . . . . . . . . . . . . 58 6.4.2. Vorversuch 2: Kristallausrichtung für Hauptmessung . . . . . 59 6.4.3. Hauptversuch: Kombination von Bragg-Streu- und Flugzeitmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 7. Diskussion 68 7.1. Flugzeitmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 7.2. Transmissionsversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 7.3. Bragg-Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 8. Zusammenfassung und Aussicht 73 A. Anhang 75 A.1. Übersicht der Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 A.2. Zusätzliche Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 A.3. Zusätzliche Bilder der Materialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79