Εργαστήριο Πυρηνικής Φυσικής και Εφαρμογές της

Η ομάδα Πυρηνικής Φυσικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου δραστηριοποιείται στο ίδρυμα από την δεκαετία του 1970 και ανήκει στη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Η συνεργασία της ομάδας με το ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος”, το Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών “ΕΛΚΕΘΕ” και άλλα ερευνητικά ιδρύματα της Ελλάδας και του εξωτερικού έχουν οδηγήσει σε σημαντικά αποτελέσματα στους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.

Το ευρύ ερευνητικό έργο της ομάδας καλύπτει τους τομείς της μελέτης πυρηνικών αντιδράσεων, όπως για παράδειγμα αντιδράσεις νετρονίων με εφαρμογές σε μελλοντική παραγωγή ασφαλέστερης και καθαρότερης πυρηνικής ενέργειας. Επίσης πραγματοποιείται μελέτη και χαρακτηρισμός υλικών με πυρηνικές μεθόδους και γίνεται χρήση της πυρηνικής φυσικής για περιβαλλοντικές μελέτες. Τα μέλη της ομάδας έχουν πληθώρα δημοσιεύσεων σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και σημαντική παρουσία σε διεθνή συνέδρια.

Ερευνητικά ενδιαφέροντα

i) Μετρήσεις ενεργού διατομής αντιδράσεων νετρονίων, στα πλαίσια του προγράμματος n_TOF στο CERN και στο ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος”

Η ομάδα πυρηνικής φυσικής συμμετέχει ενεργά στις μετρήσεις ενεργών διατομών αντιδράσεων νετρονίων που πραγματοποιούνται στο CERN στα πλαίσια του προγράμματος n_TOF. Στην εγκατάσταση n_TOF τα νετρόνια παράγονται σε παλμούς εύρους μερικών δεκάδων ms και ενέργειας από μερικά eV έως περίπου 1 GeV. Το κανάλι μήκους 185 m που διασχίζουν τα νετρόνια μέχρι το σημείο σύγκρουσης με τον στόχο, επιτρέπει εξαιρετική ακρίβεια στον προσδιορισμό της κινητικής ενέργειας των νετρονίων μέσω της τεχνικής Time-Of-Flight, εξού και η ονομασία n_TOF.

Η μελέτη των αντιδράσεων που προκαλούνται από νετρόνια είναι σημαντική σε πολλούς ερευνητικούς κλάδους, όπως για παράδειγμα η αστρική πυρηνοσύνθεση, τα φαινόμενα κατάργησης της συμμετρίας σε σύνθετους πυρήνες και η αναζήτηση νέων πυρηνικών σταθμών. Αυτές οι αντιδράσεις βρίσκουν εφαρμογές στην πυρηνική τεχνολογία και συγκεκριμένα στην μεταστοιχείωση πυρηνικών αποβλήτων, στους ADS πυρηνικούς αντιδραστήρες και στην μελέτη του κύκλου ζωής των πυρηνικών καυσίμων.

Επιπλέον, η ομάδα μελετά αντιδράσεις (n,2n) και (n,f) σε διάφορους στόχους, χρησιμοποιώντας μονοενεργειακές δέσμες νετρονίων που παράγονται από τον επιταχυντή 5.5 MV HV TN-11 Tandem του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων στο ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος”, αξιοποιώντας την τεχνική ενεργοποίησης ή την in-beam μέτρηση με ανιχνευτικές διατάξεις της τελευταίας λέξης της τεχνολογίας. Η Ελληνική ομάδα είναι πρωτοπόρος στις προσπάθειες εμπλουτισμού της επιστημονικής βιβλιογραφίας με αξιόπιστα και υψηλής ακρίβειας δεδομένα σχετικά με τα νετρόνια, καθώς και στην εκτενή θεωρητική ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων.

ii) Μέτρηση και αξιολόγηση διαφορικών ενεργών διατομών αντιδράσεων κατάλληλων για Ion Beam Analysis (IBA)

Οι βασικοί στόχοι αυτής της μελέτης είναι: (α) Η μέτρηση, με την μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια, των διαφορικών ενεργών διατομών ενός πλήθους αντιδράσεων που προκαλούνται από πρωτόνια και δευτέρια σε ισότοπα ελαφρών στοιχείων τα οποία είναι σημαντικά για Ion Beam Analysis, σε κατάλληλες (χαμηλές) ενέργειες και σε πλήθος πίσω γωνιών, (β) η μεταγενέστερη επαλήθευση των αποτελεσμάτων με την χρήση υψηλής καθαρότητας παχέων στόχων, και (γ) η θεωρητική ανάλυση και μελέτη της ενεργού διατομής χρησιμοποιώντας υπολογισμούς R-matrix και DWBA.

Η υψηλής ακρίβειας μελέτη και προσδιορισμός του προφίλ στοιχείων με μικρό Ζ είναι εξαιρετικής σημασίας σε τεχνολογικές εφαρμογές (π.χ. βιομηχανία ημιαγωγών, βιοϊατρικές και περιβαλλοντικές μελέτες κλπ). Η επιστημονική εγκυρότητα και η σπουδαιότητα αυτής της ενασχόλησης της ομάδας έχουν αναγνωριστεί από την Διεθνή Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (International Atomic Energy Agency IAEA, CRP “Development of a Reference Database for Ion Beam Analysis”, 2006-2009, Research Agreement No. 13337/R0 and CRP “Development of a Reference Database for PIGE”, Research Contract No. 16693/R0, 2011-2014). Αυτή η αναγνώριση είναι ένα μέτρο της εκτίμησης για την συνεισφορά της Ελληνικής ερευνητικής ομάδας στην δημιουργία και εξέλιξη της βιβλιοθήκης IBANDL (Ion Beam Analysis Nuclear Data Library, http://www-nds.iaea.org/exfor/ibandl.htm) η οποία εμπλουτίζεται συνεχώς από ένα πλήθος δημοσιεύσεων τα τελευταία 5 χρόνια.

iii) Ραδιολογικές μελέτες στο υδάτινο περιβάλλον

Η ομάδα πυρηνικής φυσικής συμμετέχει ενεργά σε ραδιολογικές μελέτες κυρίως του θαλάσσιου περιβάλλοντος, σε στενή συνεργασία με το ΕΛΚΕΘΕ (Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών). Οι μελέτες περιλαμβάνουν την ανάπτυξη και λειτουργία ενός αξιόπιστου, in situ, μετρητικού συστήματος που αποτελείται από έναν πρότυπο σπινθηριστή NaI μαζί με θωράκιση BGO anti-Compton και ψηφιακά ηλεκτρονικά για την ανάλυση των παλμών και την αποθήκευση των πληροφοριών. Η “Κατερίνα”, όπως είναι η ονομασία του συστήματος, είναι σχεδιασμένη και κατασκευασμένη στο ΕΛΚΕΘΕ, σε μία προσπάθεια παρακολούθησης των επιπέδων ραδιενέργειας τόσο στην θάλασσα όσο και σε θαλάσσια ιζήματα.

Το σύστημα θα τοποθετηθεί σε πλωτούς σταθμούς σε πολλά σημεία του Αιγαίου Πελάγους και η συλλογή των δεδομένων θα γίνεται μέσω δορυφόρου με δυνατότητα παραμετροποίησης και επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο. Για την επίτευξη του εγχειρήματος πραγματοποιούνται εκτεταμένες προσομοιώσεις Monte-Carlo χρησιμοποιώντας τα πακέτα MCNP και FLUKA.

Η ολοκλήρωση του συστήματος θα τοποθετήσει, χωρίς καμία αμφιβολία, τις εμπλεκόμενες Ελληνικές ερευνητικές ομάδες στην πρώτη γραμμή των ραδιολογικών μελετών του θαλάσσιου περιβάλλοντος παγκοσμίως.

Εξοπλισμός

Το Εργαστήριο Πυρηνικής Φυσικής είναι εξοπλισμένο με πληθώρα ανιχνευτικών και υπολογιστικών συστημάτων. Μεταξύ άλλων, το εργαστήριο διαθέτει θωρακισμένους ανιχνευτές HPGe, ανιχνευτές Si, ανιχνευτές Micromegas, σπινθηριστές NaI και υγρούς σπινθηριστές, NIM ηλεκτρονικά, διάταξη XRF, φασματόμετρο-α χαμηλού υποβάθρου καθώς και υπολογιστές για ανάλυση πειραματικών δεδομένων, προσομοιώσεις Monte Carlo και θεωρητικούς υπολογισμούς. Επίσης, περιλαμβάνει δεξαμενή νερού χωρητικότητας 5.5 tn για βαθμονόμηση ανιχνευτών και περιβαλλοντικές μελέτες.

Οι πειραματικές δραστηριότητες της ομάδας πραγματοποιούνται σε μεγάλα εργαστήρια επιταχυντών της Ελλάδας και του εξωτερικού. Σημαντικό έργο παράγεται στο εργαστήριο του επιταχυντή 5.5 MV HV TN-11 Tandem του ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος” και στο CERN στα πλαίσια του προγράμματος n-TOF.

Μέλη ΔΕΠ

Ρόζα Ζάννη-Βλαστού, Ομότιμη Καθηγήτρια

Μιχαήλ Κόκκορης, Καθηγητής/Διευθυντής Εργαστηρίου

Διακάκη Μαρία, Επίκουρη Καθηγήτρια

Επικοινωνία με το Εργαστήριο

ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ *

EMAIL *

ΤΗΛΕΦΩΝΟ

ΜΗΝΥΜΑ

Αποστολή