Measurement of fission cross-section of actinides at n_TOF for advanced nuclear reactors

Il lavoro oggetto della presente tesi ha riguardato la determinazione ad alta accuratezza della sezione d'urto per la reazione di fissione indotta da neutroni su vari isotopi - tutti radioattivi - di interesse per le tecnologie nucleari emergenti. Le misure erano precedentemente state effettuate presso la facility per tempi di volo di neutroni n_TOF, presso il CERN di Ginevra. In questo lavoro sono state in particolare analizzate le misure di fissione per il 233U, il principale isotopo fissile alla base del ciclo di combustibile Th/U, e quelle sugli attinidi minori 241Am, 243Am e 245Cm, le cui sezioni d'urto sono richieste per lo sviluppo di sistemi nuclear innovativi (ADS e reattori di IV Generazione) attualmente in fase di studio per la produzione di energia e per la trasmutazione delle scorie radioattive. Le suddette reazioni sono state misurate con una camera a ionizzazione per frammenti di fissione (Fission Ionization Chamber), in combinazione con un sistema di acquisizione basato su Flash-ADC. Il primo passo dell'analisi ha riguardato la ricostruzione dei segnali della camera di fissione, al fine di estrarre informazioni necessarie per la discriminazione dei frammenti di fissione dal background, nonché per la determinazione dell'energia dei neutroni, a partire dal loro tempo di volo. Le sezioni d'urto di fissione per i vari isotopi sopra citati sono state determinate relativamente alla sezione d'urto della reazione 235U(n,f), considerata standard di misura in un vasto intervallo energetico. Al fine di minimizzare gli errori sistematici, tale reazione è stata misurata con lo stesso rivelatore, e contemporaneamente alle reazioni oggetto della tesi. Una parte fondamentale del lavoro di tesi ha quindi riguardato l'analisi dei dati della reazione 235U(n,f), che ha permesso in primo luogo di studiare la risposta della camera a fissione, grazie anche all'utilizzo di dettagliate simulazioni effettuate con i più sofisticati codici Monte Carlo per il trasporto dei neutroni. L'analisi della reazione di fissione sul 235U ha permesso inoltre la calibrazione energetica del fascio di neutroni, la determinazione del flusso neutronico incidente sul rivelatore ed una stima accurata del background. Nella presente tesi sono presentati i risultati finali della sezione d'urto della reazione 233U(n,f), nonché i risultati preliminari della sezione d'urto per le reazioni 241Am(n,f), 243Am(n,f) e 245Cm(n,f). Le caratteristiche del fascio di neutroni di n_TOF hanno permesso di ottenere risultati in un vasto intervallo energetico, da circa 30 meV fino a 1 MeV, in una singola misura. Nel caso del 233U(n,f), la sezione d'urto è stata determinata con una incertezza di circa il 3\%, un valore prossimo a quello attualmente richiesto per lo sviluppo di sistemi nucleari innovativi. Al fine di raggiungere l'accuratezza richiesta, è stato necessario correggere i dati per effetti dipendenti dal bersaglio, legati all'efficienza del rivelatore. Inoltre sono state applicate correzioni dovute al dead-time, anch'esso dipendente dalla reazione studiata.