基于Potential-driving模型的中子诱发~(239)Pu裂变产物计算与模拟研究

当前新型核能利用系统及核数据评价的发展对快中子诱发~(239)Pu裂变核数据提出了更高的精度需求。本工作基于已提出并构建的Potential-driving模型,通过中子诱发~(239)Pu(n,f)裂变驱动势研究,计算了几个典型能量中子诱发~(239)Pu(n,f)反应发射中子前裂变碎片质量分布,并与实验数据进行了对比。结果显示:Potential-driving模型计算数据能够很好地与实验数据符合。将Potential-driving模型植入GEANT4程序,开展了快中子诱发~(239)Pu(n,f)反应相关的模拟研究,给出了14 Me V中子诱发~(239)Pu(n,f)反应的裂变碎片独立产额质量分布和电荷分布、累积产额质量分布和电荷分布、动能分布、裂变中子能谱以及~(239)Pu(n,f)反应裂变碎片平均总动能随入射中子能量的变化等数据,并与GEANT4程序原有的参数化裂变模型(G4Para Fission Model)模拟结果、ENDF/B-VII.1库评价数据以及实验数据进行了比较。结果显示:所发展的Potential-driving模型能很好地预测快中子诱发~(239)Pu(n,f)反应裂变产物数据,为快中子诱发~(239)Pu(n,f)反应裂变产物核数据的研究提供了一种更可靠的计算方法。     

热中子诱发239Pu裂变初级裂变产物质量分布测量

原子核裂变是最复杂的物理过程之一,至今仍缺乏可以统一描述裂变前和裂变后过程的理论。中子诱发239Pu裂变产额数据是重要的核数据,完整的初级裂变产物质量分布数据有助于完善裂变理论模型并提高产额评价数据的质量。本文研制了初级裂变产物鉴别谱仪（FFIS）,通过屏栅电离室和微通道板时间探测器分别测量裂变碎片的动能和飞行时间,基于动能 速度关联的方法直接获得碎片放中子后的质量分布,在BNCT医院中子照射器（IHNI 1）上开展了热中子诱发239Pu裂变初级裂变产物的质量分布测量。测量结果表明,对轻峰碎片质量分辨约为1 amu,对重峰碎片质量分辨约为15 amu。239Pu(nth,f)初级裂变产物质量分布的精确测量可为裂变产额理论计算和评价提供重要的实验数据。     

热中子引起~(235)U裂变的碎片动能关联测量

用金-硅面垒型半导体探测器对热中子引起~(235)U裂变碎片的动能进行了关联测量。求得了放中子前碎片的质量分布和动能分布。得到放中子前碎片平均总动能为172.0兆电子伏,放中子前轻、重碎片的平均动能分别是101.3兆电子伏和70.7兆电子伏,放中子前轻、重碎片的平均质量分别是96.8质量单位和139.2质量单位。对动能分布作了理论计算,与实验值进行了比较和讨论。     

单能中子诱发~(235)U和~(238)U裂变的产物产额

本文利用碎片质量分布5-Gauss半经验公式,计算了单能中子诱发~(235)U和~(238)U裂变放中子前碎片产额,并采用七点拟合公式和线性内插方法求得碎片发射的中子产额。然后按照Terrell给出的转换方法,把放中子前碎片的产额换算为放中子后产物的产额。具体计算了_(40)~(95)Zr、_(58)~(144)Ce、_(60)~(147)Nb三种产物产额随入射中子能量的变化关系,并与实验观测结果作了比较。     

0°和180°方向上~(252)Cf自发裂变中子谱测量(英文)

在相对裂变碎片运动中的0°和180°方向上,用飞行时间方法测量了~(252)Cf自发裂变中子谱。实验测量是用具有高角度分辨率和时间分辨率的多参数飞行时间测量系统完成的。实验结果表明:在质心系中,在裂变中子谱的低能端存在着不对称的“前冲”和“后冲”的分布,这是中子非平衡发射的证据。     

0°和180°方向上~(252)Cf自发裂变中子谱测量

在相对裂变碎片运动中的0°和180°方向上,用飞行时间方法测量了~(252)Cf自发裂变中子谱。实验测量是用具有高角度分辨率和时间分辨率的多参数飞行时间测量系统完成的。实验结果表明:在质心系中,在裂变中子谱的低能端存在着不对称的“前冲”和“后冲”的分布,这是中子非平衡发射的证据。     

兰州大学的中子发生器研制及应用展望

1988年兰州大学成功研制了3×10¹² s^-1的ZF-300强流中子发生器,主要用于核数据测量、材料辐照损伤等研究。为进一步开展活化法中子核数据测量、裂变物理等研究,兰州大学启动了基于倍压加速器的ZF-400强流中子发生器研制工程,该中子发生器的设计指标为D束流能量400 keV、D束流强度大于30 mA、D-D中子产额大于5×10¹⁰ s^-1,D-T中子产额大于5×10¹² s^-1。在裂变物理研究方面,已成功发展了描述裂变核断点裂变势的势驱动模型(potential-driving model),并开展了中子诱发典型锕系核素裂变发射中子前裂变产物的质量分布计算研究;将potential-driving model植入Geant4程序,发展了用于裂变发射中子后裂变产物质量分布、动能分布、裂变中子能谱等模拟的蒙特卡罗方法,并开展了可靠性评估研究;研制了一套用于裂变产物实验测量的双屏栅电离室(TFGIC),并完成了初步实验测试。在中子应用技术方面,为满足小型...     

裂变碎片瞬发中子数随质量分布的研究

基于TALYS程序计算结果，我们研发了利用放中子前后裂变碎片的质量分布计算裂变碎片瞬发中子数随碎片质量分布的方法。裂变碎片瞬发中子数随裂变碎片质量分布的形状依赖于裂变产生的激发能如何在两个碎片中分配。这个问题一直以来没有得到很好的解决。     

^252Cf微型快裂变室

本文叙述的快裂变室主要用于~(252)Cf裂变中子飞行时间谱测量。该裂变室具有重量轻(1.65g)、上升时间快(6ns)、对裂变碎片探测效率>99％等特点。针对裂变中子能谱测量的特殊要求,详细论述了裂变室设计应遵循的基本原则及其对能谱测量可能带来的影响。     

基于能量-速度关联技术的裂变产物质量分布测量方法研究

采用能量E-速度v关联技术测量裂变产物碎片的动能和飞行速度能精确测定裂变产物核的质量。本工作主要研究能量-速度关联技术的可行性并解决相关关键技术。实验测量系统由飞行时间测量单元、能量探测器和真空靶室系统组成。实验中用1对微通道板探测器测量粒子飞行时间来确定粒子速度,金硅面垒探测器测量粒子能量。对于~(241) Am放射源5.48 MeVα粒子,飞行时间测量系统时间分辨(FWHM)为186ps,金硅面垒探测器能量分辨(FWHM)为44keV。实验完成了~(252) Cf自发裂变源产物质量分布试测量。初步实验结果显示,裂变产物质量分布在110amu(amu为原子质量单位)的位置时,其质量分辨为1.6amu。     

~(240)Pu自发裂变气体产物产额评价

正基于裂变多通道无规颈断裂模型,建立了适合研究中子诱发~(239)Pu裂变-~(240)Pu自发裂变产额计算的唯像模型。在忽略角动量等效应下~(240) Pu自发裂变与中子诱发~(239) Pu裂变具有相同的裂变系统~(240)Pu,但是自发裂变激发能为0。因此本项目首先建立中子诱发~(239)Pu裂变系统的唯像模型,利用大量实验数据获得模型参数的初值,然后通过裂变系统激发能外推到零,结合~(240) Pu自发裂变仅有的几个实验数据,再次调整参数,得到适合研究~(240)Pu自发裂变产额的唯像模型参数,并计算了     

裂变产额法刻度浸于铀溶液中SSTD的效率因子

本文建立了裂变产额法用以刻度浸于铀溶液中的固体径迹探测器记录裂变碎片的效率因子.这个方法基于测量一些裂变产物核素的强度,并应用文献中准确已知的裂变产额值计算出铀溶液中发生的裂变数。测量的裂变产物为~(91)Sr,~(92)Sr,~(99)Mo.~(13)Te,~(130)Ba。~(140)Ba 6种核素,实验测定了聚碳酸酯记录裂变碎片的效率因子K_(wet)为(8.52±0.0j)×(10~-)_cm。这个值和应用?Cf自发裂变刻度的结果很好地符合.     

小型平板铀裂变电离室研制

为了测量特定实验条件下狭小空间内中子注量率分布,研制了小型平板浓缩铀裂变电离室,该裂变室具有体积小、结构材料少等优点。论文叙述了裂变电离室的结构和制作工艺,通过测量自发衰变α粒子谱、裂变碎片谱对裂变电离室的性能进行了测试和评定,并标定了裂变电离室测量裂变碎片的探测效率。从指标上看,裂变电离室能达到设计要求和目的,可用于中子注量率的测量。     

放中子前后裂变碎片质量分布的换算

给出了一个裂变中子产额分布的七点计算公式。经与从Ac到Cf范围内的裂变核素、其激发能由自发裂变高到45MeVα粒子诱发裂变的实验比较,该公式能较好地反映中子分布的主要特征。由于中子分布在产额的换算中只是起次要的作用,因此可以用来换算放中子前后质量分布。利用该公式进行换算后的质量分布能很好地再现实验分布的平均趋势。如果将该公式与放中子前裂变碎片质量分布半经验公式联合使用,将可直接计算放中子后的质量产额,而不需要利用任何实验数据,给出的绝对产额预测精度约为±0.5%。     

固体径迹法测量水泥反射体中~(252)Cf中子源反射中子

叙述了水泥反射体中~(252)Cf中子源反射中子测量实验原理。测量了无反射体、有反射体、本底三种状态下中子引发~(235)U产生的裂变率。并根据裂变率得到实验模型下水泥反射体对中子的反射系数。比较了不同中子源相同实验模型水泥反射体对中子的反射系数,对反射系数随角度变化趋势进行了分析。同时,对固体径迹探测技术进行了研究,探索了最佳蚀刻条件,得到火花放电计数随信号膜质量厚度及蚀刻厚度变化趋势。标定了固体径迹火花自动计数器效率,发展了固体径迹探测技术。     

放中子前裂变碎片质量分布半经验公式

建立了一个放中子前裂变碎片质量分布5-Gauss半经验计算公式。对(n,f)和(n,n＇f) 裂变在~(232)Th-~(245)Cm范围内,公式与实验产额的绝对偏差不超过0.4%,最大偏差不超过0.8%。当精度要求不高时,也可以推广应用于更高激发能裂变。     

中子散射对裂变中子谱测量的影响

介绍了用飞行时间方法测量裂变中子谱时中子在裂变碎片探测器上和周围材料上散射的影响。对裂变碎片探测器和中子探测器之间空气层及测量室的墙壁上散射的影响,用飞行时间方法进行了测量,也用Monte Carlo方法进行了计算,并对用两种方法得到的结果进行了比较。结果表明,中子散射对裂变中子谱的影响是相当重要的,它能明显地改变裂变中子谱的形状。     

中子散射对裂变中子谱测量的影响(英文)

介绍了用飞行时间方法测量裂变中子谱时中子在裂变碎片探测器上和周围材料上散射的影响。对裂变碎片探测器和中子探测器之间空气层及测量室的墙壁上散射的影响,用飞行时间方法进行了测量,也用Monte Carlo方法进行了计算,并对用两种方法得到的结果进行了比较。结果表明,中子散射对裂变中子谱的影响是相当重要的,它能明显地改变裂变中子谱的形状。     

基于傅里叶级数展开的裂变位能曲面与碎片质量分布计算

裂变位能曲面是裂变核结构性质和裂变动力学研究的基础。本文使用傅里叶级数展开方法描述裂变过程中原子核的形状,采用基于Lublin Strasbourg Drop(LSD)宏观模型和Yukawa Folded微观模型计算了236U多维裂变位能曲面,研究了位能曲面随不同集体自由度(原子核拉长形变、左右碎片质量不对称度以及颈部宽度)的变化情况以及温度对位能曲面的影响。在位能曲面基础上采用基于Born Oppenheimer近似的三维集体模型描述原子核裂变过程,计算了236U裂变碎片质量分布,计算结果与实验数据符合较好,特别是质量分布的峰位,同时分析了核温度、零点能和颈部断裂概率半宽度对裂变碎片质量分布计算结果的影响。     

电镀层中铀裂变碎片的射程计算

正裂变电离室使用~(235)U镀层作为中子灵敏材料,入射中子引起的易裂变产物在工作气体中沉积能量,在后续电子学中产生收集信号。为了计算裂变产物在铀镀层中的自吸收效应,需要计算碎片在镀层中的射程。选择其中一种裂变碎片Xe进行计算,其原子质量为131.904,裂变动能为68.40 MeV。使用SRIM计算程序计算得到的裂变碎片在铀镀层中的垂直射程为6.88 mm,垂直方向的离散为8 725A;横向离散为1.02mm。铀镀层的密度以8.3g/cm~3计,其质量厚度为2mg/