加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究——I.原子位移

考虑了不同入射能量的质子和中子轰击Ｗ、Ｐｂ靶，利用ＳＨＩＥＬＤ程序系统，研究了我国未来可能使用的靶体的辐射损伤截面、原子位移截面和原子位移率，并同Ｗｅｃｈｓｌｅｒ的研究结果进行了比较。同时，对１．６ＧｅＶ的质子沿中心轴线入射长６０ｃｍ、直径２０ｃｍ厚铅靶在不同部位引起的辐射损伤进行了研究，得到合理的结果。     

加速器驱动洁净核能系统散裂靶辐射损伤研究——Ⅱ．气体产生

对加速器驱动洁净核能系统散裂中子靶和靶窗材料分别在中子和质子入射情况下氦气产生截面、氦气产生率以及氦气产生率与原子位移率的比值进行了研究。利用SHIELD程序模拟计算的结果与实验数据及其他程序的计算值符合很好。     

质子在氮化镓中产生位移损伤的Geant4模拟

材料受到辐照时产生的位移损伤会导致其微观结构发生变化,从而使其某些使用性能退化,影响其使用效率,减短其使用寿命。利用Geant4模拟了质子在氮化镓中的输运过程,计算了1、10、100、500 MeV能量质子入射氮化镓材料产生的初级撞出原子的种类、能量信息及离位原子数。获得了10 MeV质子产生的位移缺陷分布;计算了4种能量质子入射氮化镓材料产生的非电离能量损失(NIEL);研究了质子产生位移损伤过程的影响要素。研究发现,入射质子能量对其在材料中产生的初级撞出原子的种类、能量、离位原子数等信息有着非常大的影响;单位厚度所沉积NIEL随着入射质子能量的增大而减小;10 MeV质子入射氮化镓所产生的离位原子数随入射深度的增加而增加,但在超出其射程范围以外有一巨大回落;能量并不是影响质子与氮化镓靶材料相互作用的唯一因素。     

基于GEANT4模拟分析不同能量质子在CMOS APS中的位移损伤研究

本文针对图像传感器在空间辐射环境中电学性能退化问题,采用蒙特卡罗方法基于互补金属氧化物半导体（CMOS）APS器件建立几何模型,开展不同能量质子与靶原子的相互作用过程研究。通过研究不同能量质子辐照下初级碰撞原子的能谱分布及平均位移损伤能量沉积随质子能量的变化,讨论不同能量质子及空间站轨道质子能谱下在CMOS APS器件中位移损伤的差异。计算结果表明：随着入射质子能量的增大,辐照产生的初级碰撞原子的最大能量及核反应产生的初级碰撞原子（PKA）对位移损伤能量沉积的贡献逐步增加;对于大于1 MeV的质子辐照,CMOS APS器件中位移损伤研究可忽略氧化层的影响;不同能量的质子和CREME96程序中空间站轨道质子能谱下器件中位移损伤能量沉积分布结果显示,35 MeV质子与该空间站轨道质子能谱在器件敏感区中产生的总位移损伤能量沉积相近。该工作对模拟空间站轨道质子辐照下电子器件暗电流增长研究中辐照实验的能量选择,提供了参考依据。     

150MeV质子入射固态金属靶性质研究

对150MeV质子入射钨、铅和铅－铋合金固态金属靶的性质进行了研究。就靶的几何设计、靶材料选择、150MeV质子入射靶中子产额和从靶中泄漏的中子产额、泄漏中子的能谱和空间分布、靶的放射性活度累积以及靶的辐射损伤进行了研究。     

基于Geant4模拟质子在半导体Si材料中的NIEL值

利用蒙特卡洛软件GEANT4模拟了质子对半导体Si材料的位移损伤效应的能量损失.根据反冲原子的能量,引入反冲原子能量Lindbard-Robinson-Akkerman分离函数,模拟结果表明10MeV-1 GeV能量范围内的质子位移能量损失值和Jun、Summers等结果吻合较好.     

质子在砷化镓材料中产生位移损伤的Geant4模拟

本文使用Geant4模拟了1、5、10、20、50、100、500、1000 MeV能量的质子入射GaAs的位移损伤情况。随入射质子能量的增大，产生的初级离位原子（PKA）数目增加、种类增多；PKA能谱分布总体上呈递减趋势，PKA在低能量区间所占份额降低，在高能量区间所占份额升高。研究结果表明，辐射缺陷浓度在质子入射方向上遵循布拉格规律。     

散裂中子靶能量沉积研究

利用SHIELD程序研究了中高能质子入射在长0．6m、直径0．2m的圆柱形铅靶上的第入射质子产生的能量沉积。同时计算了靶材料分别为Be、C、Al、Cu、Pb和贫化铀的每个射质子产生的能量沉积沿轴向分布。计算结果与实验数据符合很好。分别对束流为10mA、能量为1．5Ge质子点入射、散焦入射散理解靶能量沉积引起的靶内功率密度分布进行了研究。     

结构材料核的原子位移截面计算

中子辐照引起的材料损伤是裂变反应堆设计的重要考虑因素。对于晶体结构材料,其辐照损伤主要来自晶格原子的位移。结构材料核与中子发生带电粒子反应的截面、原子位移(DPA)截面、KERMA因子是计算辐照损伤的基础。为比较不同程序计算的DPA截面的差异和基于不同评价核数据库的DPA截面的差异,采用核模型计算程序UNF及核数据处理程序NJOY计算了27 Al、48 Ti、90Zr、Cr、Fe、Ni、Cu等结构材料核的DPA截面,将二者计算结果进行了比较分析;比较分析了基于不同评价核数据库的采用NJOY计算的DPA截面;比较分析了NJOY与蒙特卡罗程序计算的DPA截面。结果表明,UNF与NJOY的结果存在一定的差别,不同评价库的结果也是有差别的,蒙特卡罗程序采用不同模型计算时结果也存在一定的差别。     

质子核反应二次粒子引起的静态存储器单粒子翻转截面计算

研究建立了质子单粒子翻转截面计算方法。基于蒙特卡罗软件Geant4,计算分析了不同能量质子核反应产生二次粒子对有效体积带来的影响,确定了有效体积大小。计算了静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面和多位翻转截面。计算结果在趋势上与双参数公式所预言的相符合,并可得到很高能量质子引起的极限截面;在较低能段的数据与文献的理论和实验值相符。     

0.65～1.5 GeV质子轰击厚Pb靶的中子学研究

在俄罗斯杜布纳联合核子研究所新建高能重离子加速器NUCLOTRON上用0.65～1.0 GeV质子轰击厚Pb靶,对靶区的中子参数进行了研究。使用的比靶的厚度为20cm,直径8cm,呈圆柱状。Pb靶的外围用6cm厚石腊作慢化体。质子沿比靶轴线入射,模拟加速器驱动次临界反应堆（洁净核能系统）的堆芯结构和核反应过程。在Pb靶表面和慢化体表面放置1mm厚CR-39固体径迹探测器薄片作为中子探测器,入射的质子数目为1.55×1013（0.65GeV）、0.84×1013（1.0 GeV）和1.22×1013（1.5 GeV）,用70℃ 6.5mol/L NaOH蚀刻CR-39中的     

加速器驱动次临界系统的中高能质子轰击厚靶中子学实验研究

利用俄罗斯杜布纳联合核子研究所的高能加速器进行加速器驱动次临界系统 (ADS)靶区中子学研究。用 0 .5 33、1 .0、3.7和 7 4GeV质子轰击U(Pb)、Pb和Hg靶的测量结果表明 :U(Pb)和Pb与Hg靶的中子产额比分别为 ( 2 0 1± 0 1 0 )和 ( 1 76± 0 33) ,从获得较强中子的角度看 ,Hg作为ADS靶是不利的 ;沿厚 2 0cm靶的中子产额随入射质子穿透深度增大而下降 ,质子能量越低 ,中子产额下降越快 ,为在较大厚度范围内获得较均匀的中子场 ,质子能量不应低于 1GeV ;不同能量质子产生的次级中子能谱相近 ,但随质子能量提高 ,较高能量中子的比例逐渐增大。     

加速器驱动系统的靶物理计算分析

通过分析ADS对靶的要求,选LBE（铅铋共熔体）作为ADS靶材料,采用MCNPX程序计算和分析不同半径的质子束流入射不同半径和高度的靶时中子产生数、靶的中子泄漏能谱、靶不同位置的泄漏中子数以及整个靶的泄漏中子总数。选定靶参数,然后通过SSW卡和SSR卡连接MCNPX和MCNP程序,模拟计算1个质子与靶反应直到被燃料利用的整个过程,并提出质子效率的概念,采用欧洲MUSE-4燃料,对靶在堆芯中的位置和靶在堆芯中的半径大小对质子效率的影响进行了计算研究,给出了最大化质子效率时靶在堆芯中的位置和靶半径大小的方案。     

Ar16+与Zr作用产生的X射线谱

本工作对超导离子源(SECRAL)上的10～20 kV/q Ar16 和Ar17 入射到金属Zr表面进行实验研究.实验结果表明,高电荷态Ar16 在金属表面存在着多电子激发过程.Ar空心原子的K层发射X射线强度随入射离子的动能减少,靶原子Zr的L壳层发射X射线强度随入射离子动能的增加而增强.Ar17 单离子的Kα-X射线产额比Ar16 单离子的Kα-X射线产额大5个数量级.     

脉冲高度权重技术测量197Au中子俘获截面

脉冲高度权重技术是利用C_6D_6探测器测量中子俘获截面的一种数据处理方法。在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)的反角白光中子源(Back-n)靶站上,通过测量金靶(~(197)Au)的中子俘获截面,验证了该方法的可靠性。首先利用Geant4蒙特卡罗程序模拟给出了不同靶条件下的探测器效率,脉冲高度权重函数等基本项,使得加权后的探测器效率与γ能量成正比。然后通过实验测量了~(197)Au中子俘获截面。结果表明:测量获得的中子俘获截面数据和ENDF/B-VⅢ.0评价数据相符合,同时发现随着实验靶尺寸的不同和质子束功率的增加,会使得实验本底的扣除误差越来越大。     

0.96-2.74MeV质子在铝上的160°散射截面测量

采用薄靶对能量0.962.74MeV质子在纯度为99.99%铝上的160非卢瑟福弹性背散射截面进行了测量。质子束由21.7MV串列加速器提供,测量仪器采用金硅面垒探测能谱仪。实验中最低能区进入卢瑟福弹性散射能区,测量结果用图表形式给出,并与以前发表的结果进行了比较。所测量数据可供从事背散射分析技术的有关人员参考。     

强流脉冲质子束轰击19F靶产生6-7MeV准单能脉冲γ射线初步实验研究

给出了利用PIN半导体探测器和ST401塑料闪烁体配合光电倍增管测量的强流脉冲质子束轰击含^19F核素的靶产生的6—7MeV准单能脉冲γ射线的初步实验结果。理论上计算了质子束轰击C2F4靶产生的准单能脉冲γ射线产额和核反应截面随入射质子能量的变化曲线，提出了采用质子束传输法分离和降低轫致辐射干扰的方法，利用ST401配合光电倍增管和PIN半导体探测器测量了质子传输不同距离后轰击C2F4靶产生的6—7MeV准单能脉冲γ射线谱以及相对于轫致辐射的时间延迟数据，并根据飞行时间确定了束流峰值时刻的质子能量，还通过实验验证了Cu、Cr和不锈钢靶及其中所含的杂质不能产生明显的其它能量的γ射线干扰。     

表面峰强度的Monte Carlo模拟计算

本文介绍用Monte Carlo模拟方法对入射He~+离子能量在0.1—2.OMeV范围内,硅、铝单晶在几种不同表面结构条件下的表面峰强度进行了计算。讨论了离子入射能量、入射角度、晶格原子热振动幅度、相关系数、表面增强因子、原子位移和吸附原子等因素对计算结果的影响。     

跨玻尔速度能区Xe~(23+)离子与Ne原子碰撞中的电子过程

本文用飞行时间符合技术实验研究了跨玻尔速度能区(入射离子速度为0.65~1.32a.u.,a.u.为玻尔速度)高电荷态离子Xe23+与Ne原子碰撞中的多电子过程,通过分析符合二维谱获得各反应道(靶原子的电子丢失、电子转移以及伴随电离的电子丢失)的相对截面,并与拓展的过垒模型及相关的经验公式进行了对比,结果与过垒模型符合相对较好。     

O^5＋离子入射在金属表面形成L壳层X射线产生截面的研究

迄今为止，K壳层电离的研究已取得了长足的进展。人们已对各不同入射离子轰击各种靶元素，在很大的能区范围内测量了K壳层X射线产生截面，而L壳层的实验数据则不够完善。本实验测量了20-45MeV的O^5＋离子轰击金属元素Au，Nb，Cd，Fe和Ta靶所引起的L亚壳层X射线产生截面。