Neutron emission effects on final fragments mass and kinetic energy distribution from low energy fission of²³⁴U

M. Montoya^a,b, J. Rojas^a,c and I. Lobato^b

ª Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima 41, Perú,

^b Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, Av. Tupac Amaru 210, Apartado Postal 31–139, Lima, Perú,

^c Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Av. Venezuela s/n, Apartado Postal 14–0149, Lima – 1, Perú, e–mail: mmontoya@ipen.gob.pe

Abstract

The standard deviation of the final kinetic energy distribution (σ_e) as a function of mass of final fragments (m) from low energy fission of ²³⁴U, measured with the Lohengrin spectrometer by Belhafaf et al., presents a peak around m = 109 and another around m = 122. The authors attribute the first peak to the evaporation of a large number of neutrons around the corresponding mass number, i.e. there is no peak on the standard deviation of the primary kinetic energy distribution (σ_E) as a function of primary fragment mass (A). The second peak is attributed to a real peak on σ_E (A). However, theoretical calculations related to primary distributions made by H.R. Faust and Z. Bao do not suggest any peak on σ_E (A). In order to clarify this apparent controversy, we have made a numerical experiment in which the masses and the kinetic energy of final fragments are calculated, assuming an initial distribution of the kinetic energy without structures on the standard deviation as function of fragment mass. As a result we obtain a pronounced peak on σ_e (m) curve around m = 109, a depletion from m = 121 to m = 129, and an small peak around m = 122, which is not as great as that measured by Belhafaf et al. Our simulation also reproduces the experimental results on the yield of the final mass Y (m), the average number of emitted neutrons as a function of the provisional mass (calculated from the values of the final kinetic energy of the complementary fragments) and the average value of fragment kinetic energy as a function of the final mass (). From our results we conclude that there are no peaks on the σ_E (A) curve, and the observed peaks on σ_e (m) are due to the emitted neutron multiplicity and the variation of the average fragment kinetic energy as a function of primary fragment mass.

Keywords: Monte–Carlo; low energy fission; ²³⁴U; fragment kinetic energy; standard deviation.

Resumen

Las mediciones sobre la desviación estándar de la distribución de energía cinetica final (σ_e) en función de la masa final (m) de los fragmentos de la fisión de baja energía del ²³⁴U, hechas por Belhafaf et al., presentan un pico alrededor de m = 109 y otro alrededor de m = 122. Los autores atribuyen el primer pico a la evaporación de un elevado número de neutrones alrededor del correspondiente número másico, es decir que no hay un pico en la desviación estándar de la distribución de energía cinética primaria en función de la masa primaria (σ_E(A)) segundo pico es atribuida a un pico real en σ_E (A). Sin embargo, cálculos teóricos relacionados con la distribución primaria, hechos por H.R. Faust and Z. Bao, no sugieren ningún pico en σ_E (A). Para clarificar esta aparente controversia, hemos hecho un experimento numérico en el que la distribución de masa y energía cinética final es calculada suponiendo una distribución inicial de energía cinética sin estructuras en su desviación estándar en función de la masa inicial de los fragmentos. Como resultado obtenemos un pico pronunciado en la curva a_e (m) alrededor de m = 109, una depresion desde m = 121 hasta m = 129, un pequeño pico alrededor de m = 122, el que no es tan grande como el medido por Belhafaf et al. Nuestra simulación también reproduce los resultados experimentales del rendimiento de la masa final (Y (m), el promedio del número de neutrones emitidos en función de la masa provisional (calculada a partir de los valores de la energía cinetica de los fragmentos complementarios) y del valor promedio de la energía cinética como función de la masa final ((m)). De nuestros resultados concluimos que no hay picos en σ_e (A) y los picos en σ_e(m) son debidos a la multiplicidad de neutrones emitidos y a la variación de la energía cinetica promedio en función de la masa primaria.

Descriptores: Monte–Carlo; fisión de baja energía; ²³⁴U; energía cinética de fragmentos; desviación estándar.

PACS: 21.10.Gv; 25.85.Ec; 24.10.Lx

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