Examensarbeten

Följande projekt är möjliga att göra som examensarbeten inom tillämpad kärnfysik. Många av projekten kan även genomföras som kortare studentprojekt.

Mål

Att bestämma den sensitiva arean av en eller flera tunna Si-detektorer och bestämma om och i så fall hur den beror på inkommande partikeltyp.

Projekt

Vid avdelningen för tillämpad kärnfysik bedrivs forskningsprojekt där vi studerar olika typer av kärnreaktioner vid internationella forskningsanläggningar (till exempel GANIL i Caen, Frankrike). I dessa kärnreaktioner skapas bland annat lätta joner och fissionsprodukter. För att registrera dessa partiklar använder vi Si-detektorer. Ett mål av dessa studier är att mäta reaktionstvärsnitt, dvs. sannolikheter för olika typer av kärnreaktioner. Storleken på den sensitiva detektorytan är därför viktigt att känna till. Denna kan skilja sig från det nominella värdet och skulle av konstruktionsskäl även vara beroende av partikeltyp.

Detektorytan kan bestämmas i vårt labb genom att använda strålkällor och, med hjälp av strålskärmning, bara bestråla en mindre del av detektorytan. Genom att flytta den bestrålade delen skannas hela detektorn och den sensitiva ytan kan bestämmas.

Som strålkälla används dels en Cf-252-källa som utsänder både alfapartiklar och fissionsprodukter. De senare har betydligt högre massa och detektorns känsliga yta skulle därför kunna skilja sig från den för de relativt lätta alfapartiklarna. Eftersom Si-detektorn mäter energi på inkommande partikel kan man lätt skilja mellan dessa olika partikeltyper. Mätningen genomförs i en vakuumkammare som finns här på Ångströmlabbet.

En viktig del inom projektet är att bygga en datorstyrd anordning som flyttar strålkällan stegvis för att bestråla olika delytor av detektorn utan att behöva bryta vakuum för varje enskild mätning.

Därefter kommer en rad mätserier kunna genomföras och de insamlade mätdata analyseras för att slutligen bestämma detektorns respons på dessa olika partikeltyper.

Kontakt

Diego Tarrío

Stephan Pomp

Mål med examensarbetet

Att genomföra mätningar med en eller flera Ge-detektorer för att karaktärisera dem så att de kan användas i en standardiserad mätprocedur för att behandla ett stort antal prover. Framtagning av provprotokoll och mätinstruktioner.

Projektbeskrivning

I ett projekt vid avdelningen för tillämpad kärnfysik ska ett tvärvetenskapligt ”massexperiment” genomföras tillsammans med forskare från skoglig mykologi vid SLU samt med ett stort antal (ca 250) skolklasser från hela Sverige. Massexperimentet går ut på att på olika platser runt om i Sverige mäta förekomsten av radionukliden Cesium-137 (Cs-137) i svamp. Denna nuklid förekommer i naturen på grund av nedfall från Tjernobylolyckan 1986 samt från atmosfäriska kärnvapenprovsprängningar på 1950- och 60-talen. Efter Tjernobylolyckan genomförde olika myndigheter mätningar av nedfallet bl.a. med flygplan, eftersom ett stort område (hela Sverige) behövde kartläggas, och flera forskningsprojekt har genomförts i syfte att studera upptag av radionuklider i växter och djur. Nu har det gått drygt 30 år, vilket motsvarar en halveringstid för Cs-137. Nya fältmätningar ger information om hur aktiviteten ser ut idag men skulle också kunna jämföras med de ursprungliga mätningarna. Fördelningen av Cs-137 beror på en mängd olika parametrar; t.ex. hur nedfallet spreds vid själva olyckan, nederbörd, vilken jordart som finns, hur olika organismers upptag fungerar och hur andra miljöparametrar fungerar (växtlighet, konkurrerande arter, fuktförhållanden m.m.). Cs-137 är en lämplig nuklid att mäta, då den är en av de radionuklider som har störst betydelse för allmänhetens stråldos efter olyckan och samtidigt är lätt att mäta på grund av sitt karaktäristiska gammasönderfall.

I projektet kommer skoleleverna att plocka svamp, identifiera och torka den, och skicka in till Uppsala universitet för aktivitetsmätning. Svampar tar upp cesium och är goda miljöindikatorer. För att rätt översätta svamparnas upptag till det lokala nedfallet är det viktigt att identifiera svamparna, då vissa typer av svampar har mer effektiv och långsiktig lagring av cesium i fruktkroppen. Till hjälp i denna del av projektet har vi mykologer från SLU och artbestämningstekniker som bygger på DNA-sekvensering.

För själva aktivitetsmätningen kommer Ge-(germanium)-detektorer att användas. Ge-detektorer är halvledardetektorer som mäter gammastrålning med god noggrannhet. Detta kallas gammaspektroskopi. Vi har nyligen förvärvat ett antal detektorer som ska iordningställas för ändamålet att ta hand om skolelevernas prover. Det innebär att detektorerna ska karaktäriseras och beskrivas (vilken effektivitet har de, hur ska de kalibreras, hur starka/svaga prover kan mätas, hur lång tid behövs för en tillräckligt noggrann mätning, osv.) Detta arbete är det huvudsakliga examensarbetet. Till detta kommer även att utarbeta lämpliga mätmetoder/instruktioner samt provprotokoll för att säkerställa pålitliga mätningar när proverna från skolor runt om i Sverige ska behandlas.

Tidsplan

Detta arbete måste genomföras under våren 2018.

Kontakt

Cecilia Gustavsson

Erik Andersson Sundén

Mattias Lantz

Projektbeskrivning

Att mäta radionuklider i atmosfären är ett viktigt verktyg för övervakning av utsläpp från kärnteknisk verksamhet, både civil (t.ex. kärnkraftverk och medicinsk teknik) och för att verifiera att avtal om icke-spridning av kärnvapen samt provstopp av kärnvapen följs. De radionuklider man söker efter för att påvisa kärnteknisk verksamhet är sådana som har antropogent ursprung (tillverkade av människor); ofta fissionsprodukter som t.ex. Cs-137. Det finns ett internationellt system som monitorerar bland annat radionuklider för att hitta tecken på otillåten kärnvapenprovsprängning, och detta system är kopplat till organisationen CTBTO – comprehensive test ban treaty organisation. Det finns CTBTO-stationer för radionuklider hos FOI i Stockholm, och vi samarbetar med dem för att utveckla vår egen monitorering och detektionsberedskap.

I det här projektet vill vi sätta upp en filterstation på taket på Ångströmlaboratoriet som ska pumpa luft genom ett tunt filter för att samla in partiklar som finns i luften. Filtren ska sedan packas i provbehållare för att analyseras med germaniumdetektor; en typ av halvledardetektorer som mäter gammastrålning med god noggrannhet. Detta kallas gammaspektrometri och fungerar genom att man med hjälp av unika gammaenergier kan identifiera sönderfallande radionuklider som fastnat på filtret. Tanken är att göra kontinuerliga mätningar så vi får en lång dataserie att analysera för att kunna se förändringar i radionuklidernas förekomst men även för att skapa en rutin för beredskapssyfte. I filtren kommer vi att leta efter och analysera både naturligt förekommande nuklider från uran- och toriumserierna, isotoper som bildas genom kosmisk strålning, samt antropogena isotoper; främst Cs-137.

Arbetet kan anpassas för examensarbete på kandidat- eller masternivå och utföras av en eller flera studenter. Är ni flera i projektet kan en arbetsfördelning ske till exempel genom att någon fokuserar på mätteknik och någon på analys/datarutiner och simuleringar.

Deluppgifter i projektet

  • Uppställning av mätstationen för att hitta och utvärdera en rutin för att regelbundet samla in partiklar på filter.
  • Provpreparering och kalibrering av mätprover med avseende på geometri. Mätprovets geometri spelar stor roll för detektorresponsen och det finns olika sätt att kalibrera detektorn för olika geometrier. Några metoder som används är datorsimuleringar alternativt jämförelse med så kallade referensprov med känd geometri och aktivitet.
  • Gammamätning med germaniumdetektor. Kalibrering av detektorns energiskala och effektivitetskurva.
  • Identifikation av gammaenergier och radionuklider. Utveckla analysprogram (pythonprogrammering) som automatiskt subtraherar bakgrund, hittar toppar och integrerar topparna.

Kontakt

Erik Andersson Sundén

Cecilia Gustavsson

Mattias Lantz

Bakgrund

Radionuklider i atmosfären monitoreras regelbundet genom spektroskopisk analys av filterprover samt fällor för ädelgas. Naturliga och artificiella radioaktiva nuklider kan på det sättet detekteras. De senare är av intresse för beredskap vid nukleära olyckor såväl som för verifiering av internationella åtaganden inom nedrustning. Ett exempel på ett sådant åtagande är verifiering av det fullständiga provstoppsavtalet som kommer att förbjuda kärnvapenprovsprängningar då det träder i kraft. En koincidensdetektor har multipla detektionselement och kan registrera flera gamma simultant från samma sönderfall. Detta kan användas för att minska känsligheten från bakgrund.

Gammaspektrometri används för att detektera radionuklider i luftfilter. Nuklider med prominent gammaemission kan detekteras och deras aktivitet kan bestämmas. Ett viktigt mått på mätsystemets prestanda är Minsta Detekterbara Aktiviteten (MDA). Detta är den minsta aktivitet i ett prov som man kan förvänta sig att resultera i en signifikant detektion. Avgörande för MDA är effektivitet hos detektorn, energiupplösning, samt bakgrundnivåer. Bakgrundskällor inkluderar kosmisk bakgrund och naturliga samt artificiella nuklider i vår omgivning. Särskilt kan nämnas att detektion kräver att antalet registrerade gammafotoner i en fullenergitopp är signifikant ovanför bakgrunden i samma energiregion. Det betyder att det är viktigt att förstå och kunna modellera bakgrunden. Dels för att kunna designa effektiv avskärmning av densamma. Men också för att kunna utveckla och förbättra mätuppställningar med förbättrad MDA.

Dina uppgifter

  • Instudering på gammaspektroskopi och Monte Carlo simulering.
  • Mätning genomförs av typiskt bakgrundsspektrum, med och utan luftfilter placerat i position framför detektor.
  • Med hjälp av simuleringskod utvecklad med strålningstransportkoden Geant4 modelleras detektorn och källor till bakgrund.
  • Kvantitiativ jämförelse mellan kontinuum i uppmätta och simulerade spektrum.
  • Anpassning av nuklidaktiviteter i bakgrundsmodell.

Kvalifikationskrav

Du är behörig att genomföra examensarbete på Masternivå i exempelvis fysik, teknisk fysik, energisystem, eller något motsvarande.

Utrustning

I detta projekt ges tillgång till en spektroskopisk detektor av högren germanium (HPGe) som är placerad i en skärmande grotta av bly. Dessutom ges access till datorkluster och/eller simuleringsprogram för ändamålet. Arbetet görs med fördel på avdelningen för tillämpad kärnfysik, eller om tillfälle ges med experiment hos extern samarbetspartner.

Deliverables

  • Validerad modell i simuleringskoden som beskriver bakgrunden vid mätning.
  • Examensarbetesrapport.

Kontakt

Peter Andersson

Vid driften av en kärnreaktor finns det en viss risk för bränsleskada när man drar ut styrstav på grund av något som kallas PCI (Pellet Cladding Interaction). Kutsen får då kontakt med kapslingen och på grund av kemiska och mekaniska processer kan bränslet under ogynnsamma förhållanden skadas. Arbetet består i att studera olika driftstrategier, olika härdladdningsstrategier och styrstavsmanövrar för att minimera denna risk. Bränsleanalysprogrammet FALCON kommer att användas tillsammans med härdanalysprogrammet Simulate-3 och/eller SIMULATE5. Arbetet kommer innehålla en del reaktorfysik. Kunskaper inom detta område är önskvärt men inte nödvändigt. Även en del hållfasthetslära ingår i arbetet.

Huvuddelen av arbetet kommer att utföras på plats på Oskarshamns kärnkraftverk hos enheten för härd och bränsle.

Kontakt

Christer Netterbrant​ (Uniper)

Kontakt

  • Programansvarig professor
  • Stephan Pomp
  • Avdelningsföreståndare
  • Henrik Sjöstrand
  • Besöksadress: Ångströmlaboratoriet, hus 9, plan 4, Lägerhyddsvägen 1, Uppsala

FÖLJ UPPSALA UNIVERSITET PÅ

facebook
instagram
youtube
linkedin