Villanueva, Alejandro J. (2010) Ensanchamiento doppler de resonancias neutrónicas en sólidos y líquidos moleculares : un enfoque sintético / Doppler broadering of neutron resonances in solids and molecular liquids. A synthetic approach. Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El problema del Ensanchamiento Doppler de Resonancias de Absorción Neutrónica (EDRAN) es encarado nuevamente desde un punto de vista sintético. En la primera parte de esta tesis se estudia el problema del EDRAN en sólidos, mientras que en la segunda parte nos ocupamos del EDRAN en líquidos moleculares. Tanto para sólidos como para líquidos moleculares, el objetivo de esta tesis ha sido producir un modelo simplificado que supere al tradicionalmente empleado Modelo de Gas a Temperatura Efectiva (MGTE), capaz de sustentar algoritmos para reemplazar a este último en códigos neutrónicos para generación de secciones eficaces. Por esta razón cada uno de los modelos desarrollados está basado en una cantidad mínima de información necesaria para describir la dinámica del sistema en cada caso. En lo que respecta sistemas sólidos, el modelo desarrollado está basado en un espectro de Debye para describir la dinámica de los mismos. Dos regímenes dinámicos surgen naturalmente, las regiones de alta y baja energía-temperatura. En la región de alta energía-temperatura, donde la validez del MGTE está fuera de toda duda, nuestro modelo incluye a este último; en la región de baja energía-temperatura, donde el mismo produce errores no despreciables, se ha logrado una descripción adecuada de la dinámica del sólido a través de una expansión en fonones. El núcleo de esta primera parte de la tesis consiste en una serie de aproximaciones que permiten, por un lado una descripción confiable del problema en la región de transición entre estos dos regímenes, y por otro simplificar la complejidad de las expresiones que surgen de la expansión en fonones correspondiente al régimen de baja energía-temperatura. En el estudio del problema de los líquidos moleculares, los grados de libertad rotacionales y vibracionales de la molécula han sido tratados como un conjunto discreto de osciladores armónicos simples, mientras que el centro de masa molecular, como una partícula libre. Bajo estas hipótesis, presentamos una formulación matemática del EDRAN que no hemos encontrada publicada hasta la fecha. Se realizó una segunda serie de aproximaciones con el fin de producir un segundo modelo simplificado, apto para códigos neutrónicos. Este segundo modelo está basado en el espíritu del modelo sintético para dispersión de neutrones en líquidos moleculares. Dependiendo de la temperatura del sistema y de la energía del neutrón, los grados de libertad internos de la molécula son considerados como completa o pobremente excitados. La dinámica de la molécula es luego representada por estas dos contribuciones. Dentro del marco de las simplificaciones mencionadas previamente, este segundo modelo reproduce exactamente el cálculo basado en el anterior modelo más completo, tanto en el régimen de alta como de baja energía-temperatura. Aquí nuevamente, una cantidad considerable de esfuerzo ha sido dedicada a la descripción del problema en la zona de transición entre ambos regímenes. Para ambos modelos se discute su potencial aplicación, reemplazando al MGTE, al problema de las predicciones termométricas basadas en el EDRAN. Los modelos desarrollados en este trabajo para tratar el EDRAN en fluidos moleculares necesitan aún una verificación experimental, sin embargo, la formulación física subyacente que sienta las bases para los mismos, es la misma que se utiliza para describir el problema de la dispersión de neutrones en líquidos moleculares, que sí ha sido probada experimentalmente con éxito, en la producción de núcleos de dispersión y secciones eficaces totales. En cuanto al modelo para el EDRAN en sólidos, presentamos una validación experimental robusta que demuestra su superioridad en comparación con el MGTE.
Resumen en inglés
The subject of Doppler Broadening of Neutron Absorption Resonances (DBNAR) is addressed once again from a synthetic point of view. In the first part of this thesis the problem of DBNAR in solids is investigated while in the second part, we study DBNAR in molecular fluids. Both for solids and molecular fluids, the goal of this thesis has been to produce a simplified model that overcomes the so far traditionally employed Effective Temperature Gas Model (ETGM), capable of being the basis for algorithms that replace the latter in neutron-cross-sectionpreparation codes. For this reason the two models developed here are based on a minimum content of information necessary to describe the dynamics of the systems considered in each case. As for solids are concerned, the model developed relies on a Debye spectrum for describing the dynamics of the system. Two dynamical regimes arise naturally, the high and low energytemperature regions. In the high energy-temperature region where the validity of the ETGM has been proved beyond any doubt, our model includes exactly the ETGM, in the low energytemperature region where the latter produces no negligible errors, an appropriate description of the solid system´s dynamics is achieved through a phonon expansion. The kernel of the first part of this work is a series of physical approximations made on one hand, to obtain a reliable description of the problem in the transition regime in between these limiting situations, and on the other, in order to simplify the expressions arising in the phonon expansion corresponding to the low energy-temperature regime. In the study of the molecular fluids problem, the rotational and vibrational degrees of freedom of the molecule have been treated as a set of discrete simple harmonic oscillators, whereas the molecular center of mass has been considered as a free particle. With these assumptions, we present a mathematical formulation of the problem of DBNAR in molecular fluids which we have not found published up to this time. Further physical approximations are made, in order to produce a second simplified model suited for neutron cross section codes. This second model is based on the spirit of the synthetic model for neutron scattering in molecular fluids. Depending on the temperature of the system and neutron energy, the internal modes of the molecule are considered approximately as being fully or poorly excited. The dynamics of the molecule is then represented by these two contributions. Within the framework of the previously mentioned simplifications, this second model reproduces exactly the latter more complete formalism both in the high and low energy-temperature regime. Here again, a substantial amount of effort is devoted to problem of accurately describing the problem in the transition zone. For both models the potential application of them, replacing the ETGM, to the problem of thermometric predictions based on DBNAR is discussed. The models developed in this work for treating DBNAR in molecular fluids still need an experimental validation, nevertheless, the underlying physical formulation which is the basis for them, is the same that is used to describe the problem of neutron scattering with molecular fluids, which in turn has been tested experimentally with success, in the production of scattering kernels and total cross sections. Regarding our model of DBNAR in solids, a robust experimental validation of it is presented that demonstrates its superiority in comparison to the ETGM.
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Doppler broadening; Ensanchamiento doppler; Neutron absorption resonances; Resonancias de absorción neutrónica; Solids; Sólidos; Molecualr fluids; Líquidos moleculares |
| Materias: | Física > Física nuclear |
| Divisiones: | Energía nuclear > Ingeniería nuclear > Física de neutrones |
| Código ID: | 173 |
| Depositado Por: | Marisa G. Velazco Aldao |
| Depositado En: | 27 Aug 2010 11:59 |
| Última Modificación: | 07 Feb 2012 11:45 |
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