São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Ipen – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares CRPq - Centro de Reator de Pesquisa João Pedro de Oliveira.

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1 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Ipen – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares CRPq - Centro de Reator de Pesquisa João Pedro de Oliveira Flores – Dr. Renato Semmler Universidade São Paulo – Instituto de Física Prática de tratamento de dados em física experimental Professor : Dr. Zwinglio de Oliveira Guimaraes Filho Caracterização do fluxo de nêutrons epitérmicos do reator IEA-R1 e uso do método de monte carlo para determinação de incertezas

2 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Reator IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP

3 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Introdução O laboratório de Análise por Ativação com Nêutrons do IPEN (LAN-IPEN) vem analisando diferentes matrizes geológicas, biológicas, arqueológicas, dentre outras, empregando o método comparativo de análise por ativação com nêutrons. Como uma alternativa ao método comparativo, foi desenvolvido o Método de Análise por Ativação Neutrônica k 0 (k 0 -INAA), (1975) [1]. O método do k 0 -INAA tem sido adotado em vários laboratórios do mundo inclusive no Brasil (CDTN/CNEN, CENA/USP). Atualmente o método k 0 -INAA tem sido responsável por 90% da demanda analítica dos Laboratórios de Análise por Ativação com Nêutrons. Em 2006 esses laboratórios produziram 20.000 resultados aplicando o método k 0.

4 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual A utilização do método k 0 requer uma caracterização precisa das instalações de irradiação e do sistema de detecção. A caracterização precisa da instalação de irradiação requer a determinação dos seguintes parâmetros: - Parâmetro f : razão entre os fluxos de nêutrons térmico e epitérmico; - Parâmetro  : relacionado com a distribuição de fluxo de nêutrons epitérmicos, aproximadamente dada por 1/E 1+ . É uma medida de quanto se afasta o fluxo de nêutrons epitérmicos do comportamento ideal 1/E. Estes parâmetros são característicos da posição de irradiação no reator nuclear. Na caracterização do sistema de detecção, um parâmetro de grande importância a ser determinado é a eficiência de detecção no intervalo de energia de interesse e na geometria do arranjo experimental.

5 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Objetivos O objetivo principal do presente trabalho é a determinação do parâmetro  do espectro de nêutrons epitérmicos E -(1+  ) para a estação pneumática do reator IEA-R1, utilizando o método bare triple monitor e determinar sua incerteza utilizando o método de Monte Carlo. Como objetivo complementar, o presente trabalho visa também auxiliar o Laboratório de Ativação Neutrônica do IPEN no desenvolvimento de técnicas de irradiação, medidas e análise de dados para a utilização deste método, em suas medições habituais de análise multielementar aplicadas às diversas áreas do conhecimento.

6 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Justificativa O método k 0 é comumente utilizado em diversos laboratórios de pesquisa. Existem diversos trabalhos publicados recentemente com resultados satisfatórios. Melhorar e aumentar a capacidade analítica do LAN-IPEN. –Diminuir o tempo de análise das amostras. –Analisar um número maior de elementos num intervalo menor de tempo, sem perda da qualidade dos resultados. –Eliminar o uso de padrões diversos. Uma caracterização precisa desta posição de irradiação possibilitará a implantação e utilização do método k 0 de ativação neutrônica no Laboratório de Ativação para irradiações de curta duração (até 30min).

7 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Fundamentos Teóricos “Bare triple monitor” – Método dos três monitores descobertos[2] Neste método, um conjunto de dois monitores juntamente com um monitor de referência, é irradiado sem cobertura de cádmio. Logo depois de serem irradiados, as atividades induzidas são medidas utilizando um detector de HPGe. Normalmente, neste método, são utilizados os radionuclídeos: – 97 Zr (743,3 keV); – 95 Zr (724,2 + 756,7 keV); – 198 Au (411,8 keV).

8 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual No método do “bare triple monitor”, o cálculo do  pode ser obtido através da seguinte equação[2]: onde,, 97 Zr (743,3 keV) = 1, 95 Zr (724,2 + 756,7 keV) = 2 198 Au (411,8 keV) = 3.

9 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Sendo: G th – fator de correção para auto-blindagem (self-shielding) para os nêutrons térmicos; G e – fator de correção para auto-blindagem (self-shielding) para os nêutrons epitérmicos; A sp – taxa de contagem específica; N p –número de contagens líquidas sob o pico de absorção total para a energia gama considerada durante o tempo de medida t m. m – massa do elemento na amostra ou do comparador irradiados; S – fator de saturação [S = 1 – exp(-  t i )]; – a constante de decaimento; t i – tempo de irradiação; D – fator de decaimento [D = exp(- t d )] ; t d – tempo de decaimento; C – fator de contagem {C = [1 – exp(-  t m )] / t m }; t m – tempo de medida; k 0,Au (a) – fator k 0 para o isótopo analisado, com referência ao comparador ouro;  – eficiência de detecção de pico da energia E  ; Q 0 – razão entre a integral de ressonância (I 0 ) e a secção de choque para nêutrons térmicos (  0 ), ou seja, Q 0 = I 0 /  0, onde  0 (n,  ) é a secção de choque para nêutrons térmicos.

10 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Determinação da incerteza a partir de um modelo simples através da propagação de incerteza Um modelo simples para encontrarmos a incerteza é o modelo do pêndulo simples: ou Utilizando o método de propagação de incertezas temos : O qual resulta em : Assumindo L = 3,0044(3)m e T = 3,47880(17)s obtemos :

11 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Determinação da incerteza a partir de um modelo simples através da simulação de Monte Carlo

12 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual A curva que descreve os valores de g simulados

13 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Determinação da incerteza da equação para alfa através da simulação de Monte Carlo Realizando então o mesmo procedimento, porém os parâmetros de entrada em vês de ser L(sL) e T(sT) são a,b, λ1, λ2, λ3 com suas respectivas incertezas sa,sb,sλ1,sλ2,sλ3. Relembrando a equação para alfa: λ1 λ2 λ3 Com

14 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Para fazermos a simulação consideramos então os seguintes valores de entrada: a = am + saa*randn b = bm + sb*randn λ1 = λ1m + sλ1*randn λ2 = λ2m + sλ2*randn λ3 = λ3m + sλ3*randn Valor medido mais um erro gaussiano Com isso,repito o experimento dez mil vezes e encontro um vetor com dez mil valores de alfa, basta determinar o desvio padrão desses valores que encontraremos a incerteza de . Procedimento para determinação da incerteza de  através da simulação de Monte Carlo

15 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Dados obtidos da simulação para os valores de  Parâmetro  Incerteza de  0,035370,01080 Curtose3,0248 Gaussiana

16 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual

17 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual

18 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Configuração do reator IEA-R1 do IPEN-CNEN/SP

19 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Bibliografia [1] SIMONITS A, DE CORTE F, HOSTE J Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 24, 31–46, 1975. [2] DE CORTE F, MOENS L, SIMONITS A, DE WISPERLAERE A, HOSTE J. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 52, 295, 1979. [3] SEMMLER R, FIGUEIREDO A. M. G., FLORES J. P. O., GONÇALEZ O. L., FEDERICO C. A.. XXXV Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear no Brasil, Maresias, SP, 2012 [4] MARTINHO E, SALGADO J, GONÇALVES I.F.Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol. 261, No. 3 637–643.(2004) [5] MARTINHO E., GONÇALVES I.F., SALGADO J..Applied Radiation and Isotopes 58 371– 375. (2003) [6] GONÇALVES I.F., MARTINHO E, SALGADO J.Applied Radiation and Isotopes 56 945– 951. (2002) [7] NELSON R.A., OLSSON M.G.,American Journal of Physics 54 (1986) 112 [8] Suplemento 1 do GUM sobre propagação de incertezas usando método de Monte Carlo

20 São Paulo, dd/mm/2013 Seminário Anual Obrigado