21.65MeV中子引起Be反应的次级中子双微分截面测量与分析

摘要

次级中子双微分截面是核工程设计中所必需的重要的核数据，也是核反应机制研究中不可缺少的核数据。本论文叙述了21.65 MeV中子引起9Be的次级中子双微分截面实验测量及数据处理过程，并采用新的轻核核反应理论模型对实验结果进行了理论分析。 近年来，随着加速器驱动洁净核能源的发展和中子科学的广泛应用特别是高空飞行器的辐射防护和放射性治疗方面的进展等，中能中子核反应数据的需求也越来越大。同时，随着对核工程设计要求的日益提高，对核数据的要求也越来越高，不仅要求有精确的核反应截面数据，还要有精确的能谱和角分布数据。然而现有的实验测量和评价的次级中子双微分截面数据十分缺乏。在核反应理论研究中，利用不同轻核核反应理论模型得到的结果相互之间并不一致，因此，需要更多的不同能区的双微分截面实验测量数据来检验和改进理论模型与评价数据。目前发展较为成熟的核反应理论主要适用于中重核和重核，在模型程序中有关核反应过程只是有序的粒子发射过程，不能用于对中子入射轻核核反应过程的描述。因此，建立和发展用于描述轻核核反应过程的新的理论模型是非常有意义的。在20 MeV以上能区，选择一些重点核精确测量次级中子双微分截面并进行理论分析，对于填补数据的空白，检验和改进理论模型是很有意义的，也是很有必要的。 铍具有低质量和低中子俘获截面又能使中子倍增的特点，在聚变反应堆的设计中9Be已经被视作为控制安全运行的主要要素，同时在加速器中子源的设计中9Be一直被认为是重要的靶核材料。由于实验测量的复杂性，长期以来20 MeV以上的中能中子与铍作用的相关实验数据几乎空白。对于像铍一样质量数在10左右的轻核一直没有合适的核反应理论来描述其反应过程。因此，无论从理论上还是实验测量上研究9Be的次级中子双微分截面都具有非常重要的意义。 在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上，利用T(d，n)4 He脉冲中子源和多探测器快中子飞行时间谱仪，对21.65 MeV中子测量了15°到145°之间25个角度的次级中子飞行时间谱。在数据处理过程中，采用Monte-Carlo方法来直接模拟飞行时间谱，并与测量的飞行时间谱进行比较，用这种方法对测量的数据进行了必要的和严格的修正(主要是源中子和次级中子在样品中的注量率衰减，多次散射和包括中子源、样品以及探测器在内的有限几何修正)，从而有效地提高了实验数据的质量。得到了次级中子双微分截面数据。 理论分析上应用原子能科学研究院张竞上等人基于统一的Hauser-Feshbach和激子模型理论发展提出的中子轻核反应理论和编制的LUNF程序，计算得到了中子入射9Be的反应截面和次级中子双微分截面。对n+9Be核反应行为的描述，尤其是复合核通过预平衡粒子发射到剩余核的分立能级的过程，在核反应模型中采用与角动量相关联的激子模型。该模型中充分考虑了角动量耦合效应、核反冲效应以及所有的核反应过程中准确的运动学来得到出射粒子能谱。如果存在二级粒子发射，那么都是通过分立能级到分立能级的发射过程、两体崩裂过程(5He*→n+α)以及三体崩裂过程(6He*→n+n+α)等也包括在理论模型程序之中。由新的理论模型计算得到n+9Be双微分截面与实验测量数据符合的较好，并对实验测量数据进行理论分析和解释。取得了一些有意义的成果。

目录

文摘

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声明

第一章 引言

§1.1截面的基本概念

§1.1.1截面

§1.1.2角分布和微分截面

§1.1.3次级中子双微分截面

§1.2 轻核双微分截面数据的意义

§1.3次级中子双微分截面实验测量的常用方法和困难

§1.3.1飞行时间法(TOF)

§1.3.2实验测量存在的困难

§1.4次级中子双微分截面理论分析的困难和解决办法

§1.4.1理论分析存在的困难

§1.4.2CIAE的解决方法

§1.5国内外数据情况

第二章 实验测量方法

§2.1 中子源

§2.2多探测器快中子飞行时间谱仪

§2.3探测器

§2.3.1光产额

§2.3.2n-γ分辨

§2.3.3探测效率

§2.3.4探测阈

§2.4实验电子学部分

§2.5实验在线数据获取系统

§2.6数据采集前的准备工作

第三章 实验数据获取和分析

§3.1 实验测量过程和数据获取

§3.2实验数据的离线分析

§3.3实验数据处理

§3.3.1伽玛刻度

§3.3.2纯效应谱的获得

§3.3.3中子能量的确定

§3.3.4Monte-Carlo模拟计算程序STREUER

§3.3.5模拟程序输入数据

§3.3.6模拟迭代过程

第四章 实验测量结果与讨论

§4.1微分截面实验结果

§4.2双微分截面实验结果

§4.3实验数据不确定度来源分析

§4.4实验测量能量分辨和角度分辨

第五章 理论模型计算与分析

§5.1核反应理论介绍

§5.2核反应相关信息及模型参数

§5.3理论模型计算结果与讨论

§5.3.1反应截面及角分布理论模型计算结果与讨论

§5.3.2双微分截面理论模型计算结果与讨论

第六章 讨论与总结

§6.1实验结果讨论

§6.2总结

参考文献

在读期间参加的工作和发表的相关论文

致谢

附录