aplicatii ale programelor monte carlo pentru transport ... · dramatic (2 ordine de magnitudine)...

IFIN-HH

Seminar general IFIN-HH, 23 octombrie 2006 F. Negoita, [email protected]

Aplicatii ale programelor Monte Carlo pentru transport particule in probleme

de detectie si radioprotectie pentru EURISOL si SPIRAL2

Proiect CORINT EU-RO 80/2005Facilitatea europeana pentru fascicule de ioni radioactivi produse prin metoda ISOL (EURISOL)

IFIN-HH


Cuprins

1. Introducere

3. Simulari cu MCNP-X pentru proiectarea unui sistem de masurare al pierderilor de fascicul (BLM) la SPIRAL2

5. Simulari cu GEANT4 privind eficienta detectorilor scintilatori

7. Studiul ecranelor de protectie EURISOL folosind FLUKA

IFIN-HH


EURISOL

Fascicul primar: p@1GeV, 3-4 mA(3-4 MW)

Metode de producere: ISOL - fissiune indusa de neutroni (necesita convertor) - spalatie

Post-accelerare: LINAC supraconductor energii <100(150) MeV/A

Stadiul actual: “Design Study” in FP6 constructie prototipuri

Participare IFIN-HH: T4 – “Tinta de fisiune” T5 – “Siguranta si Radioprotectie”

T10 – “Fizica si Instumentatie”

SPIRAL2

Fascicul primar: d@40 MeV, 5 mA(200 kW) [email protected] MeV/A, 1 mAMetode de producere: ISOL - fissiune indusa de neutroni (necesita convertor) - reactii directe (transfer, breakup) - fuziune-evaporare

Post-accelerare: Ciclotron CIME energii <15 MeV/A

Stadiul actual: demarata constructia in pregatire proiect FP7

Participare IFIN-HH: BLM (Beam Loss Monitor) Producere prin fuziune-evaporare

Comparatie EURISOL – SPIRAL2.Caracteristici tehnice

IFIN-HH


EURISOL-DS T10 “Fizica si instrumentatie”

Obiectiv: Definire si simulari experimente cheie S-au format 8 subgrupuri.

IFIN-HH participa in“ Limits of Stability”“single particle and collective properties”

Detalii la: http://www.eurisol.org … task 10 http://ns.ph.liv.ac.uk/eurisol

SPIRAL2 LoI – Letters of Intent

IFIN-HH cosemnator al

- Decay, excitation and storage of radioactibe ions (DESIR)

- 4 A and Z Identification Array (FAZIA)

- Advanced gamma spectroscopy

- Neutron for Science (NFS)

Comparatie EURISOL – SPIRAL2.Pregatirea viitoarelor experimente

IFIN-HH


1. Simulari cu MCNP-X pentru proiectarea (BLM) la SPIRAL2

Schema acceleratorului liniar

Punctele de interactie

Geometria din simulari

Conditia impusa pierderilor de fascicul: < 1 W/m

IFIN-HH


Sectiuni dublu diferentiale D(33 MeV) + Cu => n+X

(exp)

IFIN-HH


Pierderi de fascicul in cavitate

IFIN-HH


Pierderi de fascicul in quadrupol

IFIN-HH


Continuarea simularilor

Pana in prezent, simularile conduc la urmatoarele concluzii: - pentru un detector situat la 1-1.5 m de axa fasciculului, rata de numare in detector va depinde slab de pozitia pierderii datorita schimbarii de unghi solid si unghi de emisie- Pentru aceeasi intesitate de fascicul pierdut, ratele de numare difera dramatic (2 ordine de magnitudine) pentru cazul unei pierderi la nivelul cavitatii fata de cel al pierderii la nivelul quadrupolului - in cazul unei sistem BLM cu un detector plasat in dreptul fiecarei cavitati pot apare ambiguitati

Posibila solutie: plasarea in dreptul fiecarei cavitati a cate 2 detectori cu un ecran absorbant gros intre ei

IFIN-HH


Simularea eficientei detectorilorscintilatori pentru neutroni si gamma

Curbe de eficienta pentru un cub L=1 cm

Se simuleaza pierderea de energie si se transforma in keVee= energia echivalenta a electronilor care genereaza aceeasi cantitate de lumina.

Astfel simularile folosesc un prag corespunzator“numarului de fotoni generati”.

In realitate pragul este pus pe amplitudinea pulsului electric generat de fotomultiplicator, proportional cu numarul de fotoni detectati de fotocatoda.

IFIN-HH


Eficienta modulelor TONNERRE

IFIN-HH


Simularea eficientei de colectie aluminii folosind GEANT4

Exista clasele C++ pentru descrierea proceselor de scintilatie, propagare in medii cu proprietati optice definite de utilizator si a fenomenelor de reflexie/refractie/absorptie la interfetele dintre medii(volume).

Pentru o geometria de tip cilindru+trunchi de con, se obtine o dependenta puternica a eficientei de colectie a fotonilor in functie de punctul de emisie.

8.7 8.6

9.0

9.5

9.5

9.7

9.5

9.3

10.1 49.9

11.1

11.9

14.4

38.9

46.2

Pentru fiecare punct de emisie: output in fisiere ROOT (TTree, TH1F)

IFIN-HH


Simulari cu GEANT4 : interactia cuscintilatorul + propagare lumina

Numarul de fotoni emisi: pentru scintilatori plastici: ~103 fotoni/MeV

Timp executie pentru ~103 fotoni: cateva secunde (PC at 3 GHz)

Pentru ridicarea unei curbe de eficienta: ~104 particule incidente x 20 valori energie => cateva zile de simulare

In curs de implementarea o strategie de simulare rapida: - calcularea “hartii” (2D sau 3D) a eficientei de colectie - pentru o depunere de energie intr-o anumita pozitie se genereazadirect numarul de fotoni detectati de fotocadota (este necesara o interpolare intre “nodurile” hartii si o generare cu distribuie Poisson) - intr-o faza ulterioara se pot genera spectre de timp pentru fotonii care sunt detectati => generarea formei semnalului

IFIN-HH


Atenuarea neutronilor de energii inalte.HIMAC benchmark

IFIN-HH


1.510.0270.018100

1.50.0680.04580

1.350.2160.16160

1.040.6270.60340

0.922.142.32920

1.446.264.3380

C/EFLUKAExperimentx(cm)

Atenuarea in fier. Comparatie FLUKA vs.experiment pentru fluente

IFIN-HH


Atenuarea in beton. Comparatie FLUKA vs.experiment pentru fluente

2.50 0.120.047200

1.740.3020.174150

1.090.7120.655100

0.852.1422.52650

C/EFLUKAExperimentX(cm)

IFIN-HH


Simulari pentru EURISOL.Spectre energetice pentru protoni 1 GeV pe Pb.

Atenuare in beton si fier

1.0E-9 1.0E-7 1.0E-5 1.0E-3 1.0E-11.0E-9

1.0E-8

1.0E-7

1.0E-6

1.0E-5

1.0E-4

1.0E-3

1.0E-2

1.0E-1

1.0E+0

Energy spectra of neutrons at various concrete depths

100cm

200cm

300cm

400cm

500cm

Energy (GeV)

E* d

F/dE

(cm

^-2

pr^-

1)

i

1.0E-10 1.0E-8 1.0E-6 1.0E-4 1.0E-2 1.0E+01.0E-8

1.0E-7

1.0E-6

1.0E-5

1.0E-4

1.0E-3

1.0E-2

1.0E-1

1.0E+0

Energy spectra of neutrons at various iron depths

100 cm200 cm

300 cm

Energy (GeV)

E*d

F/d

E (

cm^-

2 pr

^-1

- S-au calculat dozele echivalente in diferite puncte - Pentru un ecran optimal din punct de vedere dimensiuni/costuri trebuie folosite combinatii beton+fier

aplicatii ale programelor monte carlo pentru transport ... · dramatic (2 ordine de magnitudine)...

Documents