Possibili applicazioni di fasci di neutroni da fotoproduzione Antonino Pietropaolo ENEA-Centro Ricerche Frascati Laboratorio Tecnologie Nucleari

 n e-e- A,Z Produzione ( ,n) - Frenamento dell’elettrone in targhetta - Emissione di radiazione di frenamento - Reazioni ( ,n) + evaporazione del nucleo Lo yield neutronico dipende dal materiale della targhetta e dalla sua geometria: Y < 0.1 n/e per E e < 200 MeV (W,Ta) Y ~ 0.2 n/e per E e = 500 MeV (W e Ta) Y ~ 0.7 per E e = 1 GeV (W e Ta) Y ~ 0.7 per E e =500 MeV (U) Per E e >150 MeV processi adronici dovuta a produzione di pioni: cascate intra- e inter-nucleari (fotofissione nel caso dell’Uranio) Simulazioni e calcoli per la facility fatte da Lina Quintieri Lo yield dipende dallo spessore della targhetta ma c’è il problema di potenza dissipata  targhetta segmentata o rotante per migliore raffreddamento.

Electron energy: 100 MeV repetition rates: 800 Hz Average current: 100  A (12 A peak) Pulse length: 10 ns (can be reduced to 1 ns FWHM) Target: Uranium Neutron energy range: 1 meV-20 MeV Total neutron flux at the 1 ns burst: 3.4 x neutrons/s Geel Electron LINear Accelerator Facility Institute for Reference Materials and Measurements (IRMM) Joint Research Centre (JRC) i

Flussi 10 m dal target

Possibili applicazioni dei fasci di neutroni Neutron Resonance Capture Analysis* (fascio incidente) Diffrazione* (fascio diffuso) Bragg edge transmission* (fascio incidente) Radiografia (fascio incidente) Tomografia (fascio incidente) Chip Irradiation (fascio incidente) R&D su rivelatori di neutroni (3He replacement etc) e strumentazione (training) * Tecnica del tempo di volo

Neutron Resonance Capture Analysis (NRCA) Neutron Resonance Transmision

7 Periodic table of the elements. Indications for feasibility of NRCA.   H. Postma

GELINA Esempio di spettro TOF di cattura risonante ottenuto con una ascia bronzea preistorica su una linea di fascio di m. Statuette di bronzo Tre risonanze del Cu e una del Pb nella regione 3250–3650 eV usata per determinaqre il rapporto in peso Pb/Cu. Durata della misura tipica: ore

Diffrazione Misure eseguite presso il diffrattometro INES ad ISIS (Rutherford Appleton laboratory) Flusso termico al campione: ~10 12 n cm -2 s -1 Durata della misura dipende dal campione: da un’ora a tre ore dipende dalle diverse fasi cristalline che si vogliono identificare Rietveld refinement

Bragg Edge Transmission Per una dato piano reticolare definito dagli indici di Miller [hlm] l’angolo di Bragg aumenta all’aumentare della lunghezza d’onda (tof) fino a quando 2  = 180°. Per valori di (tof) maggiori, per quel piano reticolare non c’è più diffusione elastica e l’intensità del fascio trasmesso ha un repentino aumento (Bragg Edge). Questa tecnica è usata nella scienza dei materiali perché dall’analisi della posizione e della forma si può risalire alla fase cristallina e allo studio degli stress e degli sforzi interni. Nel caso dei beni culturali le bragg edge cosi come lo studio della forma di riga del pattern di duffrazione dà informazioni sui processi di lavorazione Pattern di diffrazione in spazio d Pattern di Bragg Edges

Radiografia Singola radiografia neutronica di due capillari di vetro riempiti d’ossido di gadolinio. A sinistra le immagini sono presentate in scala di grigio mentre a destra in falsi colori. Radiografia eseguita presso il reattore TRIGA (ENEA- Casaccia) Flusso ~10 6 n cm 2 s -1 Fascio di neutroni campione scintillatore specchio rivelatore

Tomografia Tomografia eseguita presso il reattore TRIGA (ENEA- Casaccia) Flusso ~10 6 n cm 2 s -1 Mandibola fossile TOMOGRAFIA

Radiografia e FRMII (reattore Garching) maximum thermal neutron flux in the moderator tank 6.5x10 14 n/cm 2 /s

Investigating Single Event Upsets in nano-electronics Nuclear Industry An Industry Wide Problem Aviation Automotive IT Infrastructure Medica l

Neutron production in the atmosphere

p p p p p p p p n n n n n n n n n n n n n N n N P P N n p n  --  +/-  +/- --   e+e+ e+e+ e-e- 00 P Nucleonic Component Electromagnetic ‘Soft’ Component Mesonic ‘ Hard’ Component Incident Primary Cosmic Ray SEE Neutrons 25km 1o km Sea Level Neutron Radiation from primary cosmic rays  Source of atmospheric neutrons 25 km

Le principali stazioni per chip irradiation nel mondo LANSCE TRIUMF UPPSALA (monochromatic) RCNP ISIS (ChipIr)

R&D e training Strumentazione e componenti: –linee di fascio, guide di neutroni, rivelatori (3He replacement, neutroni veloci) Target station: –targhetta di produzione, sistemi di moderatori/riflettori/liner e shielding, tailoring dei fasci per avere spettri atmospheric-like Uso delle tecniche neutroniche descritte

Possibili soggetti interessati Operatori museali e archeologi: –NRCA, BET, Diffrazione, radiografia e tomografia Università ed Enti di Ricerca : –training e R&D Industrie a livello nazionale e internazionale: –Danneggiamento dei materiali –Danneggiamento di componenti elettronici Medicale: –Boron Neutron Capture Therapy –Altro ?