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Keywords
Neutron-induced reaction cross sections are important for a wide variety of research fields ranging from the study of nuclear level densities, nucleosynthesis to applications of nuclear technology like design, and criticality and safety assessment of existing and future nuclear reactors, radiation dosimetry, medical applications, nuclear waste transmutation, accelerator-driven systems and fuel cycle investigations. Simulations and calculations of nuclear technology applications largely rely on evaluated nuclear data libraries. The evaluations in these libraries are based both on experimental data and theoretical models. CERN’s neutron time-of-flight facility n_TOF has produced a considerable amount of experimental data since it has become fully operational with the start of its scientific measurement programme in 2001. While for a long period a single measurement station (EAR1) located at 185 m from the neutron production target was available, the construction of a second beam line at 20 m (EAR2) in 2014 has substantially increased the measurement capabilities of the facility. An outline of the experimental nuclear data activities at n_TOF will be presented.
he study of the resonant structures in neutron-nucleus cross-sections, and therefore of the compound-nucleus reaction mechanism, requires spectroscopic measurements to determine with high accuracy the energy of the neutron interacting with the material under study.
To this purpose, the neutron time-of-flight facility n_TOF has been operating since 2001 at CERN. Its characteristics, such as the high intensity instantaneous neutron flux, the wide energy range from thermal to few GeV, and the very good energy resolution, are perfectly suited to perform high-quality measurements of neutron-induced reaction cross sections. The precise and accurate knowledge of these cross sections plays a fundamental role in nuclear technologies, nuclear astrophysics and nuclear physics.
Two different measuring stations are available at the n_TOF facility, called EAR1 and EAR2, with different characteristics of intensity of the neutron flux and energy resolution. These experimental areas, combined with advanced detection systems lead to a great flexibility in performing challenging measurement of high precision and accuracy, and allow the investigation isotopes with very low cross sections, or available only in small quantities, or with very high specific activity.
The characteristics and performances of the two experimental areas of the n_TOF facility will be presented, together with the most important measurements performed to date and their physics case. In addition, the significant upcoming measurements will be introduced.
The 33S(n,α)30Si cross section measurement, using 10B(n,α) as reference, at the n_TOF Experimental Area 2 (EAR2) facility at CERN is presented. Data from 0.01 eV to 100 keV are provided and, for the first time, the cross section is measured in the range from 0.01 eV to 10 keV. These data may be used for a future evaluation of the cross section because present evaluations exhibit large discrepancies. The 33S(n,α)30Si reaction is of interest in medical physics because of its possible use as a cooperative target to boron in Neutron Capture Therapy (NCT).
The 124Xe(p,γ) reaction has been measured for the first time at energies around the Gamow window by using stored ions at the ESR facility. The desired beam energies below 10 MeV/u introduce new experimental challenges like windowless ions detection under UHV conditions, extremely short beam lifetimes and efficient beam deceleration and cooling, all of which have been successfully met.
Background: Peritoneal metastasis is a common and dismal evolution of several gastrointestinal (GI) tumors, including gastric, colorectal, hepatobiliary, pancreatic, and other cancers. The therapy of peritoneal metastasis is largely palliative; with the aim of prolonging life and preserving its quality. In the meantime, a significant pharmacological advantage of intraperitoneal chemotherapy was documented in the preclinical model, and numerous clinical studies have delivered promising clinical results.
Methods: This is a prospective, open, randomized multicenter phase III clinical study with two arms that aims to evaluate the effects of pressurized intraperitoneal aerosol chemotherapy (PIPAC) combined with systemic chemotherapy vs. intravenous systemic chemotherapy alone on patients with metastatic upper GI tumors with a peritoneal seeding. Upper GI-adenocarcinomas originated from biliary tract, pancreas and stomach, or esophago- gastric junction are eligible. Patients in the study are treated with standard of care systemic palliative chemotherapy (mFOLFOX6) vs. PIPAC with intravenous (i.v.) chemotherapy (mFOLFOX6). Patients in first line with first diagnosed peritoneal seeding are eligible. Primary outcome is progression free survival (PFS).
Conclusions: PIPAC-procedure is explicit a palliative method but it delivers cytotoxic therapy like in hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC)-procedure directly to the tumor in a minimally invasive technique, without the need for consideration of the peritoneal-plasma barrier. The technique of PIPAC is minimally invasive and very gentle and the complete procedure takes only round about 45 min and, therefore, optimal in a clearly palliative situation where cure is not the goal. It is also ideal for using this approach in a first line situation, where deepest response should be achieved. The symbiosis of systemic therapy and potentially effective surgery has to be well-planned without deterioration of the patient due to aggressive way of surgery like in cytoreductive surgery (CRS)+HIPEC.
Trial registration: EudraCT: 2018-001035-40.
Neutron capture and β− -decay are competing branches of the s-process nucleosynthesis path at 85Kr [1], which makes it an important branching point. The knowledge of its neutron capture cross section is therefore essential to constrain stellar models of nucleosynthesis. Despite its importance for different fields, no direct measurement of the cross section of 85Kr in the keV-regime has been performed. The currently reported uncertainties are still in the order of 50% [2, 3]. Neutron capture cross section measurements on a 4% enriched 85Kr gas enclosed in a stainless steel cylinder were performed at Los Alamos National Laboratory (LANL) using the Detector for Advanced Neutron Capture Experiments (DANCE). 85Kr is radioactive isotope with a half life of 10.8 years. As this was a low-enrichment sample, the main contaminants, the stable krypton isotopes 83Kr and 86Kr, were also investigated. The material was highly enriched and contained in pressurized stainless steel spheres.
Im Weltall existieren hunderte sehr helle Objekte, die eine hohe konstante Leuchtkraft im Wellenlängenbereich von Gammastrahlung besitzen. Die konstante Leuchtkraft mancher dieser Objekte wird in regelmäßigen Abständen von starken Ausbrüchen, den sogenannten X-Ray-Bursts, unterbrochen. Hauptenergiequelle dieser X-RayBursts ist der „rapid-proton-capture“-Prozess (rp-Prozess). Dieser zeichnet sich durch eine Abfolge von (p,γ)-Reaktionen und β+-Zerfällen aus, die die charakteristischen Lichtkurven produzieren. Für viele am Prozess beteiligte Reaktionen ist der Q-Wert sehr klein, wodurch die Rate der einzelnen Reaktionen von den resonanten Einfängen in die ungebundenen Zustände dominiert wird. Die Unsicherheiten in der Beschreibung der Lichtkurve sind derzeit aufgrund fehlender kernphysikalischer Informationen von vielen am Prozess beteiligten Isotopen sehr groß. Sensitivitätsstudien zeigen, dass dabei die Unsicherheiten der 23Al(p,γ)24Si-Reaktion eine der größten Auswirkungen auf die Lichtkurve hat. Diese werden durch ungenaue und widersprüchliche Informationen zu den ungebundenen Zuständen im kurzlebigen 24Si hervorgerufen.
Um Informationen über die Kernstruktur von 24Si zu erhalten, wurde am National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL), Michigan, USA, die 23Al(d,n)24Si Transferreaktion untersucht. Der in dieser Form erstmals umgesetzte Versuchsaufbau bestand aus einem Gammadetektor zur Messung der Übergangsenergien des produzierten 24Si, einem Neutronendetektor zur Messung der Winkelverteilung der emittierten Neutronen und einem Massensprektrometer zur Identifikation des produzierten Isotops. Mit diesem Aufbau, der eine Detektion der kompletten Kinematik der (d,nγ)-Reaktion ermöglichte, konnten folgende Erkentnisse gewonnen werden:
Aus der Energie der nachgewiesenen Gammas konnten die Übergänge zwischen den Kernniveaus von 24Si bestimmt und daraus die Energien der einzelnen Zustände ermittelt werden. Dabei konnte neben dem bereits bekannten gebundenen 2+-Zustand (in dieser Arbeit gemessen bei 1874 ± 2,9keV) und dem ungebundenen 2+-Zustand (3448,8 ± 4,6keV), erstmals ein weiterer ungebundener (4+,0+)-Zustand bei 3470,6 ± 6,2 keV beobachtet werden. Zusätzlich konnte die Diskrepanz, die bezüglich der Energie des ungebundenen 2+-Zustands aufgrund früherer Messungen bestand, beseitigt und die Energieunsicherheit reduziert werden.
Aus der Anzahl der nachgewiesenen Gammas konnten ebenfalls die (d,n)-Wirkungsquerschnitte in die einzelnen Zustände von 24Si bestimmt werden. Unter Verwendung der Ergebnisse von DWBA-Rechnungen konnte mithilfe dieser die spektroskopischen Faktoren berechnet werden. Für die angeregten Zustände musste dabei zwischen verschiedenen Drehimpulsüberträgen unterschieden werden. Mittels der Winkelverteilung der nachgewiesenen Neutronen konnte gezeigt werden, dass die Gewichtung anhand der theoretischen spektroskopischen Faktoren zur Berechnung der Anteile des jeweiligen Drehimpulsübertrags am gesamten Wirkungsquerschnitt für den entsprechenden Zustand gute Ergebnisse liefert. Für eine quantitative Bestimmung der spektroskopischen Faktoren der Zustände anhand der Neutronenwinkelverteilungen in 24Si war allerdings die Statistik zu gering. Für den Fall der deutlich häufiger beobachteten 22Mg(d,n)23Al-Reaktion konnte hingegen ein spektroskopischer Faktor für den 23Al-Grundzustand von 0,29 ± 0,04 bestimmt werden. Abschließend wurden die Auswirkungen der gewonnenen Erkenntnisse zur Kernstruktur von 24Si auf die Rate der 23Al(p,γ)-Reaktion untersucht. Dabei konnte aufgrund der besseren Energiebestimmung zum einen die Diskrepanz zwischen den Raten die auf Grundlage der beiden früheren Untersuchungen berechnet wurden und bis zu einem Faktor von 20 voneinander abweichen, beseitigt werden. Zum anderen konnte aufgrund der kleineren Unsicherheit in der Energiebestimmung der Fehlerbereich der Rate verkleinert werden. Die Untersuchungen zeigen, dass die Unsicherheit in der neuen Rate von der Ungenauigkeit der Massenbestimmung der beiden beteiligten Isotope und damit dem Q-Wert der Reaktion dominiert wird. Durch eine bessere Bestimmung des Q-Werts könnte die Unsicherheit in der Rate aufgrund der neuen experimentellen Ergebnisse auf ein Zehntel gesenkt werden.
The design and operation of innovative nuclear systems requires a better knowledge of the capture and fission cross sections of the Pu isotopes. For the case of capture on 242Pu, a reduction of the uncertainty in the fast region down to 8-12% is required. Moreover, aiming at improving the evaluation of the fast energy range in terms of average parameters, the OECD NEA High Priority Request List (HPRL) requests high-resolution capture measurements with improved accuracy below 2 keV. The current uncertainties also affect the thermal point, where previous experiments deviate from each other by 20%. A fruitful collaboration betwen JGU Mainz and HZ Dresden-Rossendorf within the EC CHANDA project resulted in a 242Pu sample consisting of a stack of seven fission-like targets making a total of 95(4) mg of 242Pu electrodeposited on thin (11.5 μm) aluminum backings. This contribution presents the results of a set of measurements of the 242Pu(n, γ) cross section from thermal to 500 keV combining different neutron beams and techniques. The thermal point was determined at the Budapest Research Reactor by means of Neutron Activation Analysis and Prompt Gamma Analysis, and the resolved (1 eV - 4 keV) and unresolved (1 - 500 keV) resonance regions were measured using a set of four Total Energy detectors at the CERN n_TOF-EAR1.