Resumen: La creciente demanda de energía ha hecho crecer el interés por el desarrollo de los reactores nucleares de fisión. Tanto si se pretende mejorar el rendimiento de los reactores actualmente en explotación (ciclos del U y del Th), como si se busca un procedimiento para la trasmutación de los desechos radiactivos de larga vida media, es necesario disponer de datos más precisos sobre las secciones eficaces de interacción de neutrones sobre los actínidos menores y los productos de fisión de larga vida media. Los datos actualmente disponibles en las bases de datos nucleares (ENDF, JENDL, ...) muestran grandes discrepancias y tanto la OCDE-NEA como la IAEA han elaborado una serie de recomendaciones acerca de los datos más relevantes que han de ser medidos dentro de este contexto, entre los que se encuentra el U-234, que es el principal objetivo de este trabajo de tesis. El trabajo que se presenta en esta Tesis se refiere a las medidas realizadas dentro de la colaboración n_TOF del CERN, con la finalidad de obtener datos precisos sobre las secciones eficaces de fisión de estos isótopos del uranio, con un haz de neutrones de muy alta resolución en energía, en el rango extendido desde 1 eV hasta 1 GeV. 1. Conceptos básicos de la fisión inducida por neutrones La fisión es un proceso extraordinariamente complejo en el que el comportamiento colectivo de los componentes de un núleo fuertemente deformado producen la ruptura nuclear en dos núcleos más ligeros de masas comparables, que llamaremos fragmentos de fisión (FF). Estos FF se producen con unas distribuciones de masas y energías cinéticas que son dependientes de la energía del neutrón incidente. También en función de la energía del neutrón incidente, se observa una determinada distribución angular de los FF. En el Capítulo 2 de esta memoria se analizan estos conceptos, profundizando únicamente en aquellos puntos que son relevantes para la interpretación de los datos obtenidos en este trabajo. 2. El dispositivo experimental. El trabajo que ha conducido a esta Tesis doctoral ha sido realizado en las instalaciones del CERN (Ginebra Suiza) denominadas n_TOF. Se ha utilizado un haz pulsado de protones del acelerador PS con una energía 20 GeV/c, una intensidad de 4-7E+12 protones y tiempo de duración del pulso de tan sólo 7 ns r.m.s. El haz de protones incide sobre un blanco de plomo en el que, por espalación, se produce un pulso de neutrones. La principal característica de n_TOF fue la de producir un haz pulsado de alta intensidad de neutrones con un espectro blanco de energías en el rango 1 eV hasta 1 GeV. Su alt'i sima intensidad lo convierte en único en el mundo. El haz, debidamente colimado, se dirige a la zona experimental a lo largo de un tubo de vacío, de unos 185 m de longitud, de forma que los neutrones de mayor energía llegan antes que los que tienen menos. De modo que, mediante la medición del tiempo de vuelo, se puede tener una determinación precisa de la energía de los neutrones que se hacen incidir sobre el blanco, en el que se ha depositado una muestra de los núcleos cuyas secciones eficaces se quieren analizar. Los detectores utilizados han sido especialmente diseñados y construidos para este experimento. Son detectores gaseosos del tipo PPAC (Parallel Plate Avalanche Counter) cuyas principales características son: - gran rapidez de la señal y muy reducido tiempo muerto, lo que permite la detección precisa de los fragmentos de fissión en coincidencia, con altas tasas de recuento y un fuerte rechazo del ruido; - respuesta casi proporcional a la energía depositada, lo que facilita discriminar los pulsos producidos por las partículas alfa de emisión espontánea; - alta resistencia a la radiación ionizante; - posibilidad de cubrir grandes superficies de detección a bajo coste; - poca sección eficaz de interacción con la radiación gamma, lo que permite realizar medidas en tiempos muy cercanos al del pulso inicial, es de 8 cir, has 120f ta las máximas energías de los neutrones incidentes; - la poca masa interpuesta en el flujo de los neutrones permite medir hasta nueve blancos simultáneamente. El sofisticado sistema de adquisición de datos, basado en convertidores rápidos de analgico a digital (FADC), ha sido específicamente desarrollado para la colaboración n_TOF, aprovechando la gran capacidad de transmisión y almacenamiento de datos, así como la potencia de cálculo disponibles en el CERN. 3. La reducción de datos. Una parte importante del trabajo consiste en la descripción del procedimiento especialmente desarrollado para transformar la información registrada por los detectores que fueron utilizados en n_TOF, para obtener los valores de las tasas de reacción, definidas como las fracciones de los neutrones que inciden sobre las muestras y producen reacciones de fisión. Para definir un suceso de fisión se necesita la detección en coincidencia de sus dos fragmentos. Para ello, tanto los digitalizadores como los distintos electrodos de las PPACs utilizadas, fueron debidamente calibrados para obtener las estrechas resoluciones temporales requeridas. 4. Procedimiento de obtención de las secciones eficaces. La determinación de valores absolutos de secciones eficaces es una tarea muy complicada. En nuestro caso obtenemos medidas relativas, aprovechando el hecho de que podemos poner varios blancos simultáneamente bajo el mismo flujo de neutrones. La mayor parte de la discusión sobre cómo obtener las secciones eficaces se centra en conocer la eficiencia de detección con el dispositivo experimental basado en las PPACs, que viene principalmente determinado por su aceptancia angular, la pérdida de sucesos debido a la absorción en el dispositivo y por señales en algunos cátodos de pequeña amplitud no registradas por el sistema de adquisición de datos y por variación de la distribución angular de los fragmentos de fisión con la energía.Esta última se ha estudiado detalladamente obteniéndose una medida de la anisotropía en la emisión de los fragmentos para cada blanco.5. Resultados Las secciones eficaces de fisión inducida por neutrones del U-234 que han sido obtenidas en este trabajo, se muestran en el Capí tulo 6, para todo el rango de energí as de n_TOF. Las medidas obtenidas son medidas relativas, normalizadas a la evaluación de la ENDF para energías entre 1 y 4 MeV. Los resultados obtenidos han sido estudiados en detalle dividiendo la sección eficaz en tres regiones: la región de resonancias resueltas, la región del umbral de fisión hasta los 20 MeV (máxima energia a la que existen datos evaluados para este núcleo) y la región por encima de los 20 MeV, comparada con parametrizaciones extraídas de datos de secciones eficaces inducidas por protones.En el rango de bajas energías la extraordinaria resolución con la que medimos las resonancias permitirá en breve realizar un nuevo análisis de los parámetros de las resonancias, mejorando los medidos por James et al. en el a ño
1977. Conclusiones El objetivo de este trabajo era la medida de la sección eficaz de fisión inducida por neutrones en el rango de energí as desde 1 eV hasta cientos de MeV. Se ha desarrollado un nuevo método adaptado para el tratamiento de los datos obtenidos con los detectores PPAC y el sistema de adquisición de datos de la instalación n_TOF incluyendo un estudio detallado del comportamiento de los detectores en las particulares condiciones de funcionamiento de la instalación. Además de la medida de la sección eficaz, también se ha podido dar una medida para la anisotropía en la distribución angular de los fragmentos de fisión emitidos en la reacción de fisión. Con estas medidas se ha probado la aptitud de los detectores PPAC para medir secciones eficaces de núcleos radiactivos hasta energías tan altas como cientos de MeV, según lo cual se está planeando nuevas medidas en la ampliación del proyecto n_TOF que comienza en el año 2006.
