Phenomenological approach for fission yields before neutron emission

This master’s thesis presents the work carried out at the CEA (Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives) Cadarche research centre in the evaluation of fission yields before the emission of prompt neutrons. The main aim of the thesis is to propose a mathematically and statistically robust method for processing data on fission yields from thermal neutrons on uranium-235, available on the EXFOR database, inside the frame of the European library JEFF. The experimental data discussed in this paper come from different types of experimental set-ups, and, as they are pre-neutron emission yields, these data are the result of indirect measurements such as 2E-2v and 2E measurements, which need a measurement or model of neutron multiplicity. In many cases, the data were provided without the uncertainties on the mean values, while in others it was necessary to add a systematic uncertainty in addition to the statistical uncertainty to allow compatibility between two sets of data. A total of nine data sets were analysed in this work and, where the symmetry of the pre-issue yields was not respected, a symmetrization by weighted average and Student’s law was performed. Due to the different mass resolution of the different series, the method proposed in this work involves switching to an evaluation in convolutional space where, through a convolu tion function, the series with the best resolution is degraded to reproduce the series with the worst resolution; compatibility in convolutional space results in compatibility in data space. An analysis of the resolutions required to be provided to each series in order to reproduce the others was carried out at an early stage. A first attempt at constructing an average series capable of taking into account the dispersion of the experimental reference series is then proposed in this work thanks to the table with the resolutions and added errors drawn up previously and by means of an MCMC (Monte Carlo Markov Chain) code created at CEA in the framework of a thesis on fission yields after neutron emission. Compatibility analyses were subsequently carried out on this series, which show that the acceptability limit was exceeded only for some masses, particularly in the so-called symmetrical zone. Finally, the FIFRELIN code, also developed at the CEA, was used to close the loop. Using the yields of the fission fragments, their energies and the neutron multiplicity given as input, it reproduces the de-excitation of the nuclei, giving an estimate of the post yields as output. The output data are very promising, but a more in-depth analysis (use of generalised chi-square tests) with the production of correlation matrices and taking into account the full set of available data will be addressed in a PhD, in which models for yields will also be employed in an attempt to include the energy of incident neutrons.

La presente tesi di laurea magistrale presenta il lavoro svolto presso il centro di ricerca CEA (Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives) Cadarche, avente come soggetto la valutazione di rendimenti di fissione prima dell’emissione dei neutroni prompt. Lo scopo principale della tesi è quello di proporre un metodo matematicamente e statisticamente robusto per il trattamento dei dati sui rendimenti di fissione da neutroni termici sull’uranio 235, disponibili sul database EXFOR, nel quadro della biblioteca europea JEFF. I dati sperimentali trattati in questo lavoro provengono da diversi tipi di set up sperimentali, inoltre, trattandosi di rendimenti pre-emissione di neutroni, tali dati sono il risultato di misure indirette come le misure 2E-2v e le misure 2E, le quali hanno bisogno di una misura o di un modello della molteplicità neutronica. In molti casi i dati venivano forniti senza le incertezze sui valori medi, mentre in altri è stata necessaria l’aggiunta di un incertezza sistematica oltre a quella statistica per permettere la compatibilità tra due serie di dati. In totale nove serie di dati sono state analizzate e dove la simmetria dei rendimenti pre-emissione non fosse rispettata, una simmetrizzazione tramite media ponderata e legge di Student è stata necessaria. A causa della diversa risoluzione in massa delle diverse serie, il metodo proposto in questo lavoro prevede il passaggio ad una valutazione nello spazio convoluto dove, attraverso una funzione di convoluzione, la serie con la risoluzione migliore viene degradata per riprodurre le serie con una risoluzione peggiore; la compatibilità nello spazio delle convoluzioni comporta la compatibilità nello spazio normale. Una analisi delle risoluzioni necessarie da fornire a ciascuna seria per riprodurre le altre è stata portata avanti in un primo tempo. Un primo tentativo di costruzione di una serie media capace di tenere conto della dispersione delle serie sperimentali di riferimento è proposta in questo lavoro grazie alla tabella con le risoluzioni e gli errori aggiunti redatta in precedenza e tramite un codice MCMC (Monte Carlo Markov Chain) creato al CEA nella cornice di una tesi sui rendimenti di fissione post emissione di neutroni. Analisi di compatibilità sono state in seguito fatte su tale serie, i quali evidenziano il superamento del limite di accettabilità per alcune masse, in particolare nella zona detta simmetrica. In fine per chiudere il ciclo è stato utilizzato il codice FIFRELIN, anch’esso sviluppato al CEA, che, attraverso i rendimenti dei frammenti di fissione, le loro energie e la molteplicità neutronica date in ingresso, riproduce la diseccitazione dei nuclei dando in uscita una stima dei rendimenti post. I dati in uscita risultano molto promettenti ma un analisi più approfondita (uso di test chi quadro generalizzato) con la produzione si matrici di correlazione e tenendo in conto l’insieme completo dei dato disponibili sarà affrontata in un PhD, nel quale anche modelli per i rendimenti verranno impiegati nel tentativo di includere anche l’energia dei neutroni incidenti.