Application of the RSV TAPIRO nuclear research reactor for testing a new neutron cross-section adjustment method

È stato sviluppato un metodo per la correzione delle sezioni d’urto neutroniche basato sull’utilizzo dell’attivazione neutronica di foglioline metalliche. Questo metodo prende ispirazione dalla “multi-foil activation technique” per la determinazione dello spettro neutronico. Nella “multi-foil activation technique” foglioline di materiale diverso vengono collocate in uno stesso punto del campo neutronico in modo da attivare diversi canali di reazione con i neutroni. Le attività misurate al termine dell’irraggiamento e le sezioni d’urto vengono utilizzate da un codice (di unfolding o di adjustment) per determinare lo spettro neutronico. Nel metodo che si propone, le foglioline devono essere fatte di un materiale in grado di fornire, sotto irraggiamento neutronico, la reazione che si vuole correggere o validare. Le foglioline, che devono essere dello stesso materiale, vanno posizionate in punti in cui lo spettro energetico è diverso. La scelta delle posizioni condiziona la regione energetica della sezione d’urto a cui il metodo è più sensibile. Le attività a saturazione misurate dalle foglioline al termine dell’irraggiamento, inseme agli spettri neutronici negli stessi punti, che devono essere noti, permettono con un codice di “adjustment” di correggere la sezione d’urto ottenuta da uno dei database di dati nucleari disponibili (ENDF, JEFF, JENDL, IRDFF-II, …). Il metodo è stato implementato con lo sviluppo di un algoritmo che permette di determinare la correzione alla sezione d’urto disponibile (sezione d’urto a priori) mediante la minimizzazione di una funzione costo definita come somma dei quadrati delle differenze relative tra le attività calcolate e quelle misurate. Per la minimizzatone si è scelto di utilizzare lo “stochastic hill-climbing method”. Questo metodo permette di trovare un minimo locale, quindi una soluzione vicina alla sezione d’urto a priori. L'algoritmo permette di avere una stima delle incertezze effettuando una propagazione degli errori che fa uso della tecnica Monte Carlo. L’algoritmo, sviluppato come script per GNU octave, è stato testato utilizzando i dati sperimentali disponibile presso l’impianto RSV TAPIRO dell’ENEA. In particolare sono stati utilizzati i dati sperimentali raccolti da A. Fabry intorno al 1985 sull’attivazione di foglioline metalliche di rame, alluminio e cobalto posizionate nel canale tangenziale e nel canale radiale 2. Le attività a saturazione dovute alle reazioni 59Co(n,γ)60Co e 27Al(n,α)24Na indotte dai neutroni sulle foglioline di cobalto e alluminio sono servite a determinare gli spettri neuronici con un codice basato sullo tesso algoritmo sviluppato per la correzione (adjustment) della sezione d’urto. Dalle attività a saturazione dovute alla reazione 63Cu(n,γ)64Cu indotta sulle foglioline di rame e dagli spettri neutronici è stata determinata la funzione correttiva della sezione d’urto della reazione 63Cu(n,γ)64Cu ottenuta dall’ultima versione della libreria IRDFF-II. Rispetto alla sezione d’urto della IRDFF-II, la sezione d’urto corretta risulta avvicinarsi meglio ai dati sperimentali più recenti ottenuti nel 2017 da misure di time-of-flight all'acceleratore del “Neutron Scattering Center” di Los Alamos. La correzione ha riguardato solo la porzione energetica al di sopra dei 100 keV in quanto gli spettri energetici nei punti sperimentali scelti da Fabry erano praticamente nulli sotto quell’energia. I risultati incoraggiano l’avvio di una fase di test più dettagliata con la preparazione di un irraggiamento presso l’impianto TAPIRO che preveda un numero maggiore di punti sperimentali per avere un risultato finale con un errore statistico più basso. Per la determinazione degli spettri neutronici si prevede di utilizzare un maggior numero di foglioline diverso materiale (nei dati di Fabry erano solo l'allumino e il cobalto) per avere un risultato più attendibile. Infine, con l'utilizzo di materiali moderanti si potrà estendere l’intervallo energetico a valori più bassi.