965 resultados para NEUTRON RADIOGRAPHY


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The microscopic properties of a two-dimensional model dense fluid of Lennard-Jones disks have been studied using the so-called "molecular dynamics" method. Analyses of the computer-generated simulation data in terms of "conventional" thermodynamic and distribution functions verify the physical validity of the model and the simulation technique.

The radial distribution functions g(r) computed from the simulation data exhibit several subsidiary features rather similar to those appearing in some of the g(r) functions obtained by X-ray and thermal neutron diffraction measurements on real simple liquids. In the case of the model fluid, these "anomalous" features are thought to reflect the existence of two or more alternative configurations for local ordering.

Graphical display techniques have been used extensively to provide some intuitive insight into the various microscopic phenomena occurring in the model. For example, "snapshots" of the instantaneous system configurations for different times show that the "excess" area allotted to the fluid is collected into relatively large, irregular, and surprisingly persistent "holes". Plots of the particle trajectories over intervals of 2.0 to 6.0 x 10-12 sec indicate that the mechanism for diffusion in the dense model fluid is "cooperative" in nature, and that extensive diffusive migration is generally restricted to groups of particles in the vicinity of a hole.

A quantitative analysis of diffusion in the model fluid shows that the cooperative mechanism is not inconsistent with the statistical predictions of existing theories of singlet, or self-diffusion in liquids. The relative diffusion of proximate particles is, however, found to be retarded by short-range dynamic correlations associated with the cooperative mechanism--a result of some importance from the standpoint of bimolecular reaction kinetics in solution.

A new, semi-empirical treatment for relative diffusion in liquids is developed, and is shown to reproduce the relative diffusion phenomena observed in the model fluid quite accurately. When incorporated into the standard Smoluchowski theory of diffusion-controlled reaction kinetics, the more exact treatment of relative diffusion is found to lower the predicted rate of reaction appreciably.

Finally, an entirely new approach to an understanding of the liquid state is suggested. Our experience in dealing with the simulation data--and especially, graphical displays of the simulation data--has led us to conclude that many of the more frustrating scientific problems involving the liquid state would be simplified considerably, were it possible to describe the microscopic structures characteristic of liquids in a concise and precise manner. To this end, we propose that the development of a formal language of partially-ordered structures be investigated.

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The two lowest T = 3/2 levels in 21Na have been studied in the 19F(3He, n), 20Ne (p,p) and 20Ne (p,p’) reactions, and their excitation energies, spins, parities and widths have been determined. In a separate investigation, branching ratios were measured for the isospin-nonconserving particle decays of the lowest T = 3/2 levels in 17O and 17F to the ground state and first two excited states of 16O, by studying the 15N(3He,n) 17F*(p) 16O and 18O(3He, α)17O*(n) 16O reactions.

The 19F(3He,n) 21Na reaction was studied at incident energies between 4.2 and 5.9 MeV using a pulsed-beam neutron-time-of-flight spectrometer. Two T = 3/2 levels were identified at excitation energies of 8.99 ± 0.05 MeV (J > ½) and 9.22 ± 0.015 MeV (J π = ½+, Γ ˂ 40 keV). The spins and parities were determined by a comparison of the measured angular distributions with the results of DWBA calculations.

These two levels were also obsesrved as isospin-forbidden resonances in the 20Ne(p,p) and 20Ne(p,p’) reactions. Excitation energies were measured and spins, parities, and widths were determined from a single level dispersion theory analysis. The following results were obtained:

Ex = 8.973 ± 0.007 MeV, J π = 5/2 + or 3/2+, Γ ≤ 1.2 keV,

Γpo = 0.1 ± 0.05 keV; Ex = 9.217 ± 0.007 MeV, Jπ = ½ +,

Γ = 2.3 ± 0.5 keV, Γpo = 1.1 ± 0.3 keV.

Isospin assignments were made on the basis of excitation energies, spins, parities, and widths.

Branching ratios for the isospin-nonconserving proton decays of the 11.20 MeV, T = 3/2 level in 17F were measured by the 15N(3He,n) 17 F*(p) 16O reaction to be 0.088 ± 0.016 to the ground state of 16O and 0.22 ± 0.04 to the unresolved 6.05 and 6.13 MeV levels of 16O. Branching ratios for the neutron decays of the analogous T = 3/2 level, at 11.08 MeV in 17O, were measured by the 16O(3He, α)17O*(n)16O reaction to be 0.91 ± 0.15 to the ground state of 16O and 0.05 ± 0.02 to the unresolved 6.05 and 6.13 MeV states. By comparing the ratios of reduced widths for the mirror decays, the form of the isospin impurity in the T = 3/2 levels is shown to depend on Tz.

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Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Descrevemos uma análise espectral das equações de ordenadas discretas (SN)a um grupo e a dois grupos de energia, onde seguimos uma analogia com o método de Case. Utilizamos, neste método, quadraturas angulares diferentes no combustível (NC) e no moderador (NM), onde em geral assumimos que NC > NM . Condições de continuidade especiais que acoplam os fluxos angulares que emergem do combustível (moderador) e incidem no moderador (combustível), foram utilizadas com base na equivalência entre as equações SN e PN-1, o que caracteriza a propriedade híbrida do modelo proposto. Sendo um método híbrido direto, utilizamos as NC + NM equações lineares e algébricas constituídas pelas (NC + NM)/2 condições de contorno reflexivas e (NC + NM)/2 condições de continuidade para determinarmos as NC + NM constantes. Com essas constantes podemos calcular os valores dos fluxos angulares e dos fluxos escalares em qualquer ponto do domínio. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a eficiência e a precisão do método proposto.

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This thesis presents investigations in four areas of theoretical astrophysics: the production of sterile neutrino dark matter in the early Universe, the evolution of small-scale baryon perturbations during the epoch of cosmological recombination, the effect of primordial magnetic fields on the redshifted 21-cm emission from the pre-reionization era, and the nonlinear stability of tidally deformed neutron stars.

In the first part of the thesis, we study the asymmetry-driven resonant production of 7 keV-scale sterile neutrino dark matter in the primordial Universe at temperatures T >~ 100 MeV. We report final DM phase space densities that are robust to uncertainties in the nature of the quark-hadron transition. We give transfer functions for cosmological density fluctuations that are useful for N-body simulations. We also provide a public code for the production calculation.

In the second part of the thesis, we study the instability of small-scale baryon pressure sound waves during cosmological recombination. We show that for relevant wavenumbers, inhomogenous recombination is driven by the transport of ionizing continuum and Lyman-alpha photons. We find a maximum growth factor less than ≈ 1.2 in 107 random realizations of initial conditions. The low growth factors are due to the relatively short duration of the recombination epoch.

In the third part of the thesis, we propose a method of measuring weak magnetic fields, of order 10-19 G (or 10-21 G if scaled to the present day), with large coherence lengths in the inter galactic medium prior to and during the epoch of cosmic reionization. The method utilizes the Larmor precession of spin-polarized neutral hydrogen in the triplet state of the hyperfine transition. We perform detailed calculations of the microphysics behind this effect, and take into account all the processes that affect the hyperfine transition, including radiative decays, collisions, and optical pumping by Lyman-alpha photons.

In the final part of the thesis, we study the non-linear effects of tidal deformations of neutron stars (NS) in a compact binary. We compute the largest three- and four-mode couplings among the tidal mode and high-order p- and g-modes of similar radial wavenumber. We demonstrate the near-exact cancellation of their effects, and resolve the question of the stability of the tidally deformed NS to leading order. This result is significant for the extraction of binary parameters from gravitational wave observations.

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An investigation was conducted to estimate the error when the flat-flux approximation is used to compute the resonance integral for a single absorber element embedded in a neutron source.

The investigation was initiated by assuming a parabolic flux distribution in computing the flux-averaged escape probability which occurs in the collision density equation. Furthermore, also assumed were both wide resonance and narrow resonance expressions for the resonance integral. The fact that this simple model demonstrated a decrease in the resonance integral motivated the more detailed investigation of the thesis.

An integral equation describing the collision density as a function of energy, position and angle is constructed and is subsequently specialized to the case of energy and spatial dependence. This equation is further simplified by expanding the spatial dependence in a series of Legendre polynomials (since a one-dimensional case is considered). In this form, the effects of slowing-down and flux depression may be accounted for to any degree of accuracy desired. The resulting integral equation for the energy dependence is thus solved numerically, considering the slowing down model and the infinite mass model as separate cases.

From the solution obtained by the above method, the error ascribable to the flat-flux approximation is obtained. In addition to this, the error introduced in the resonance integral in assuming no slowing down in the absorber is deduced. Results by Chernick for bismuth rods, and by Corngold for uranium slabs, are compared to the latter case, and these agree to within the approximations made.

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The Q values and 0o cross sections of (He3, n) reactions forming seven proton-rich nuclei have been measured with accuracies varying from 6 to 18 keV. The Q values (in keV) are: Si26 (85), S30 (-573), Ar34 (-759), Ti42 (-2865), Cr48 (5550), Ni56 (4513) and Zn60 (818). At least one excited state was found for all but Ti42. The first four nuclei complete isotopic spin triplets; the results obtained agree well with charge-symmetry predictions. The last three, all multiples of the α particle, are important in the α and e-process theories of nucleo-synthesis in stars. The energy available for β decay of these three was found by magnetic spectrometer measurements of the (He3, p) Q values of reactions leading to V48, Co56, and Cu60. Many excited states were seen: V48 (3), Co56 (15), Cu60 (23). The first two states of S30 are probably 0+ and 2+ from (He3, n) angular distribution measurements. Two NaI γ-ray measurements are described: the decay of Ar34 (measured Ƭ1/2 = 1.2 ± 0.3s) and the prompt γ-ray spectrum from Fe54(He3, nγ)Ni56. Possible collective structure in Ni56 and Ca40, both doubly magic, is discussed.

The (He3, n) neutron energy and yield measurements utilized neutron-induced nuclear reactions in a silicon semiconductor detector. Cross sections for the most important detection processes, Si28 (n, α) Mg25 and Si28 (n, p) Al28, are presented for reactions leading to the first four states of both residual nuclei for neutron energies from 7.3 to 16.4 MeV. Resolution and pulse-height anomalies associated with recoil Mg25 and Al28 ions are discussed. The 0o cross section for Be9 (α, n) C12, used to provide calibration neutrons, has been measured with a stilbene spectrometer for no (5.0 ≤ Eα ≤ 12 MeV), n1 (4.3 ≤ Eα ≤ 12.0 MeV) and n2 (6.0 ≤ Eα ≤ 10.1 MeV). Resonances seen in the no yield may correspond to nine new levels in C13.

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The reaction 7Li(3He, p)9Be has been used to measure excitations and intrinsic widths of levels in 9Be below the 7Li + d threshold. Previously unreported levels have been found at excitations of (13.78 ± .03) MeV and (16.671 ± .008) MeV with widths of (590 ± 60) keV and (41 ± 4) keV respectively. Two overlapping levels have been found at (11.81 ± .02) MeV and (11.29 ± .03) MeV with widths of (400 ± 30) keV and (620 ± 70) keV respectively. Branching ratios from 9Be levels populated in this reaction to the ground and first excited states of 8Be have been measured by observing the associated protons in coincidence with the decay neutrons. Branching ratios were found to be:

Excitation in 9Be .... Branching Ratio.......... Final Nucleus.........

(MeV) .......................... (percent) .....................................

.. 2.43 ........................... 7.5 ± 1.5 .............. 8Be(g.s.)

.. 3.03 ........................... 87 ± 13......................................

.. 4.65 ........................... 13 ± 4.......................................

.. 6.76 .............................. ≤ 2 ......................................

.. 11.29 ...............................≤ 2 ......................................

.. 11.81 ...............................≤ 3 ......................................

.. 6.76 ........................... .41 ≤ B.R. ≤ .69 ....... 8Be(2+)

.. 11.29 ........................... 14 ± 4 .......................................

.. 11.81 ........................... 12 ± 4 .......................................

Corresponding reduced widths for neutron emission are calculated and a comparison of the results with the expectations of current nuclear models is made. In particular the measured branching ratio to 8Be(g.s.) from 9Be(2.43 MeV) corresponds to an f-wave reduced with θ2f = 2.1 x 10-2, in units of ħ2/mR2, with R = 4.35 fm. A comparison of this value with that predicted by a Nilsson model calculation, in which 9Be is taken to be a deformed nucleus, is discussed. The measured value for θ2f is found to be consistent with that expected on the basis of measured E2-transition rates between rotational levels in 9Be.

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Part I

Present experimental data on nucleon-antinucleon scattering allow a study of the possibility of a phase transition in a nucleon-antinucleon gas at high temperature. Estimates can be made of the general behavior of the elastic phase shifts without resorting to theoretical derivation. A phase transition which separates nucleons from antinucleons is found at about 280 MeV in the approximation of the second virial coefficient to the free energy of the gas.

Part II

The parton model is used to derive scaling laws for the hadrons observed in deep inelastic electron-nucleon scattering which lie in the fragmentation region of the virtual photon. Scaling relations are obtained in the Bjorken and Regge regions. It is proposed that the distribution functions become independent of both q2 and ν where the Bjorken and Regge regions overlap. The quark density functions are discussed in the limit x→1 for the nucleon octet and the pseudoscalar mesons. Under certain plausible assumptions it is found that only one or two quarks of the six types of quarks and antiquarks have an appreciable density function in the limit x→1. This has implications for the quark fragmentation functions near the large momentum boundary of their fragmentation region. These results are used to propose a method of measuring the proton and neutron quark density functions for all x by making measurements on inclusively produced hadrons in electroproduction only. Implications are also discussed for the hadrons produced in electron-positron annihilation.

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PART I

The total cross-section for the reaction 21Ne(α, n)24Mg has been measured in the energy range 1.49 Mev ≤ Ecm ≤ 2.6 Mev. The cross-section factor, S(O), for this reaction has been determined, by means of an optical model calculation, to be in the range 1.52 x 1012 mb-Mev to 2.67 x 1012 mb-Mev, for interaction radii in the range 5.0 fm to 6.6 fm. With S(O) ≈ 2 x 1012 mb-Mev, the reaction 21Ne(α, n)24Mg can produce a large enough neutron flux to be a significant astrophysical source of neutrons.

PART II

The reaction12C(3He, p)14N has been studied over the energy range 12 Mev ≤ Elab ≤ 18 Mev. Angular distributions of the proton groups leading to the lowest seven levels in 14N were obtained.

Distorted wave calculations, based on two-nucleon transfer theory, were performed, and were found to be reliable for obtaining the value of the orbital angular momentum transferred. The present work shows that such calculations do not yield unambiguous values for the spectroscopic factors.

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O esquema iterativo de fonte de espalhamento (SI) é tradicionalmente aplicado para a convergência da solução numérica de malha fina para problemas de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas com fonte fixa. O esquema SI é muito simples de se implementar sob o ponto de vista computacional; porém, o esquema SI pode apresentar taxa de convergência muito lenta, principalmente para meios difusivos (baixa absorção) com vários livres caminhos médios de extensão. Nesta dissertação descrevemos uma técnica de aceleração baseada na melhoria da estimativa inicial para a distribuição da fonte de espalhamento no interior do domínio de solução. Em outras palavras, usamos como estimativa inicial para o fluxo escalar médio na grade de discretização de malha fina, presentes nos termos da fonte de espalhamento das equações discretizadas SN usadas nas varreduras de transporte, a solução numérica da equação da difusão de nêutrons em grade espacial de malha grossa com condições de contorno especiais, que aproximam as condições de contorno prescritas que são clássicas em cálculos SN, incluindo condições de contorno do tipo vácuo. Para aplicarmos esta solução gerada pela equação da difusão em grade de discretização de malha grossa nas equações discretizadas SN de transporte na grade de discretização de malha fina, primeiro implementamos uma reconstrução espacial dentro de cada nodo de discretização, e então determinamos o fluxo escalar médio em grade de discretização de malha fina para usá-lo nos termos da fonte de espalhamento. Consideramos um número de experimentos numéricos para ilustrar a eficiência oferecida pela presente técnica (DSA) de aceleração sintética de difusão.

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Um método de matriz resposta (RM) é descrito para gerar soluções numéricas livres de erros de truncamento espacial para problemas de transporte de nêutrons monoenergéticos e com fonte fixa, em geometria unidimensional na formulação de ordenadas discretas (SN). O método RM com esquema iterativo de inversão parcial por região (RBI) converge valores numéricos para os fluxos angulares nas fronteiras das regiões que coincidem com os valores da solução analítica das equações SN, afora os erros de arredondamento da aritmética finita computacional. Desenvolvemos um esquema numérico de reconstrução espacial, que fornece a saída para os fluxos escalares de nêutrons em qualquer ponto do domínio definido pelo usuário, com um passo de avanço também escolhido pelo usuário. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a precisão do presente método em cálculos de malha grossa.

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Este trabalho teve por objetivo a realização do estudo das propriedades ópticas, magnéticas e estruturais do cristal elpasolita Cs2NaAlF6 dopado com as concentrações de 0,1%, 1,0%, 3,0%, 10,0%, 30,0% e 50,0% de Cr3+. O interesse no estudo deste sistema reside na existência de uma larga e intensa banda de luminescência na temperatura ambiente, que se estende do visível ao infravermelho próximo, podendo então ser utilizado como fonte de radiação sintonizável em dispositivos ópticos, optoeletrônicos e detectores, entre outros. Para a investigação das propriedades ópticas foram feitas medidas de luminescência, excitação e luminescência resolvida no tempo, na temperatura ambiente e a baixas temperaturas. Os resultados obtidos mostram largas bandas de luminescência atribuídas aos íons de Cr3+, ocupando dois sítios octaédricos não equivalentes. Os resultados também mostram que a intensidade integrada da luminescência, o baricentro da banda de emissão e o tempo de vida do estado luminescente variam com a concentração de impureza residente no sistema. Foram realizadas medidas de calor específico em função do campo magnético em uma larga faixa de temperatura, cujos resultados mostram o aparecimento do efeito Schottky a baixas temperaturas. Medidas de susceptibilidade magnética em funcão da temperatura também foram realizadas, e mostram um comportamento paramagnético, típico do íon impureza Cr3+, com um ordenamento magnético de curto alcance. Para a determinação das propriedades estruturais foram realizadas medidas de difração de nêutrons na temperatura ambiente.

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Neste trabalho, três técnicas para resolver numericamente problemas inversos de transporte de partículas neutras a uma velocidade para aplicações em engenharia nuclear são desenvolvidas. É fato conhecido que problemas diretos estacionários e monoenergéticos de transporte são caracterizados por estimar o fluxo de partículas como uma função-distribuição das variáveis independentes de espaço e de direção de movimento, quando os parâmetros materiais (seções de choque macroscópicas), a geometria, e o fluxo incidente nos contornos do domínio (condições de contorno), bem como a distribuição de fonte interior são conhecidos. Por outro lado, problemas inversos, neste trabalho, buscam estimativas para o fluxo incidente no contorno, ou a fonte interior, ou frações vazio em barras homogêneas. O modelo matemático usado tanto para os problemas diretos como para os problemas inversos é a equação de transporte independente do tempo, a uma velocidade, em geometria unidimensional e com o espalhamento linearmente anisotrópico na formulação de ordenadas discretas (SN). Nos problemas inversos de valor de contorno, dado o fluxo emergente em um extremo da barra, medido por um detector de nêutrons, por exemplo, buscamos uma estimativa precisa para o fluxo incidente no extremo oposto. Por outro lado, nos problemas inversos SN de fonte interior, buscamos uma estimativa precisa para a fonte armazenada no interior do domínio para fins de blindagem, sendo dado o fluxo emergente no contorno da barra. Além disso, nos problemas inversos SN de fração de vazio, dado o fluxo emergente em uma fronteira da barra devido ao fluxo incidente prescrito no extremo oposto, procuramos por uma estimativa precisa da fração de vazio no interior da barra, no contexto de ensaios não-destrutivos para aplicações na indústria. O código computacional desenvolvido neste trabalho apresenta o método espectronodal de malha grossa spectral Greens function (SGF) para os problemas diretos SN em geometria unidimensional para gerar soluções numéricas precisas para os três problemas inversos SN descritos acima. Para os problemas inversos SN de valor de contorno e de fonte interior, usamos a propriedade da proporcionalidade da fuga de partículas; ademais, para os problemas inversos SN de fração de vazio, oferecemos a técnica a qual nos referimos como o método físico da bissecção. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a precisão das três técnicas, conforme descrito nesta tese.

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Como eventos de fissão induzida por nêutrons não ocorrem nas regiões nãomultiplicativas de reatores nucleares, e.g., moderador, refletor, e meios estruturais, essas regiões não geram potência e a eficiência computacional dos cálculos globais de reatores nucleares pode portanto ser aumentada eliminando os cálculos numéricos explícitos no interior das regiões não-multiplicativas em torno do núcleo ativo. É discutida nesta dissertação a eficiência computacional de condições de contorno aproximadas tipo albedo na formulação de ordenadas discretas (SN) para problemas de autovalor a dois grupos de energia em geometria bidimensional cartesiana. Albedo, palavra de origem latina para alvura, foi originalmente definido como a fração da luz incidente que é refletida difusamente por uma superfície. Esta palavra latina permaneceu como o termo científico usual em astronomia e nesta dissertação este conceito é estendido para reflexão de nêutrons. Este albedo SN nãoconvencional substitui aproximadamente a região refletora em torno do núcleo ativo do reator, pois os termos de fuga transversal são desprezados no interior do refletor. Se o problema, em particular, não possui termos de fuga transversal, i.e., trata-se de um problema unidimensional, então as condições de contorno albedo, como propostas nesta dissertação, são exatas. Por eficiência computacional entende-se analisar a precisão dos resultados numéricos em comparação com o tempo de execução computacional de cada simulação de um dado problema-modelo. Resultados numéricos para dois problemas-modelo com de simetria são considerados para ilustrar esta análise de eficiência.

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Power Point presentado en The Energy and Materials Research Conference - EMR2015 celebrado en Madrid (España) entre el 25-27 de febrero de 2015