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。     

固体核径迹探测器在核物理中的应用

1.中子物理方面 用于测量快中子、堆中子注量率和高能中子谱,如根据~(12)C(n,n′)3α测量快中子能谱;定量地测量堆中子注量(其测量范围为 10~(14)～10~(21)n/cm~2);使用CR-39测量14.7MeV中子引起~(51)V(n,p)和~(51)V(n,a)反应截面。为了给快中子堆设计提供核数据,在13.5-14.8Mev中子能量范围内,已经测量~(233)U/~(235)U、~(233)U/~(237)Np、~(235)U/~(237)Np、~(235)U/ 237/Np和~(239)Pu/~(235)U的裂变截面比以及~(237)Pu、~(238)Pu、~(242)Pu、~(244)Pu和~(241)Am的裂变截面。     

能谱变化对239Pu裂变室测量快中子注量的影响

热中子和共振区的中子在快中子临界装置中所占的份额很小,但是由于其相对大的截面,在慢化物存在的情况下,热中子和共振中子份额的微小变化,对^239Pu裂变室测量中子注量的结果影响很大。通过测量^239Pu裂变电离室在包镉和包硼、周围有无慢化物等情况下的反应率,Au、In活化片的镉比,S活化片在能谱变化下与^239。Pu的反应率比等,分析了快中子临界装置中热中子和共振区中子的分布,讨论了中子能谱变化对^239Pu裂变室测量快中子注量的影响及解决办法。     

快中子能区~9σ_f/~5σ_f的测量

~(239)Pu作为一种用于快堆和核武器的重要的核燃料,它的裂变截面(记为~9σ_f)是一个很重要的数据,因此,近三十年来,人们用各种方法对这一数据进行了反复的测量。尽管如此,各家数据的分歧依然存在。由于~(235)U的裂变截面(记作~5σ_f)测量得比较仔细和系统,截面随能量的变化也比较平滑,常把~5σ_f作标准截面使用。因而通过测量~σ_f/~σ_f的比值即可定出~9σ_f。这样做的便利之处是避免了对中子通量的测量,修正量的考虑也可简单得多。值得注意的是,~(239)Pu是一种高α放射性的裂变物质,为了克服α堆垒脉冲对裂变计数的影响,必须在裂变室的设计与电子线路的使用上作一些特殊的考虑。为此,使用了上升时间快的快电离室与快线路系统。本工作的目的是在中子能量从30千电子伏到5.6兆电子伏和14—18兆电子伏区域内测量~(239)Pu和~(235)U裂变截面比值随中子能量变化的曲线,测量工作是在2.5兆伏静电加速器和600千伏高压倍加器上进行的。     

14兆电子伏中子引起的~(238)U裂变截面的测量

我们以T(d,n)~4He反应为中子源,用半导体探测器测量伴随α粒子的方法确定中子通量。在中子能量为14.10±0.10,14.60±0.20和15.04±0.13兆电子伏处绝对测量了~(238)U的裂变截面。     

堆照钚靶中钚及超钚核素的核物理测定方法

本文介绍了用Si(Au)面垒型探测器α谱仪,α-γ符合谱仪,高纯锗γ谱仪,Si(Li)谱仪,栅网电离室α谱仪等探测装置,对在反应堆中辐照钚靶所生成的~(238)Pu,~(239 240)Pu,~(242)Pu,~(241)Am,~(243)Am,~(242)Cm,~(243)Cm和~(244)Cm等核素进行了定性和定量测定,描述了这些方法的特点、基本原理和测量装置,给出了相对和绝对测量的结果。     

α粒子在硅内产生电子-空穴对平均能耗的测定

利用~(242)Cm,~(241)Am,~(239)Pu,~(210)Po α放射源测量了α粒子在金硅面垒型半导体探测器中产生一对电子-空穴所消耗的平均能量,得到ε=3.64±0.02电子伏,与国外的测量结果进行了比较。     

能够甄别能量的低本底α多路计数器

本文叙述了使用金硅面垒型半导体探测器(CM20)的低本底α计数器的结构特点和技术性能。本计数器对~(239)Pu源的4π探测效率大于30％,α本底每48小时小于10个,可同时测量5个电沉积样品,并能够对两种不同能量的α粒子进行初步鉴别。     

~(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     

14.8 MeV中子诱发~(238)U裂变产物产额测量

裂变产物产额作为裂变过程的一个重要参数,其准确测量对有关裂变的很多方面都有重要意义。为了准确测量中子诱发~(238)U裂变产物产额,利用中国工程物理研究院PD-300加速器上的T(d,n)4He反应,产生14.8MeV的中子,诱发~(238)U裂变。辐照过程中,通过金硅面垒半导体探测器监测中子通量的变化。使用Al片作为监测片计算整个照射过程中样品的平均中子通量。辐照结束后,利用高纯锗(High-Purity Germanium,HPGe)探测器测得裂变产物特征γ射线计数,计算得到裂变产物的产额,使用MCNPX软件对中子的多次散射和自屏蔽效应进行修正,并通过计算得到样品和监测片的自吸收修正、中子通量波动因子。得到了95Zr、127Sb、140Ba、147Nd、131I、103Ru等长半衰期产物的累积产额值,并将结果与以前的文献值做了比对,研究结果有助于~(238)U裂变产物产额的分析和评价。     

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。     

采用半导体探测器的低本底α计数器

本文叙述了低本底α计数器的结构、调试和性能。该计数器包括三个金硅面垒型半导体探测器(直径为16毫米)和相应的电子学线路,能够同时测量三个样品。它们对~(239)Puα源的效率在30%以上(4π,源的活性区直径为7毫米,源到探测器的距离为2—3毫米),平均本底计数率小于2计数/24小时。     

慢化球中子探测器效率的实验刻度

一、前言球中心用~(239)Pu或~(235)U裂变材料做热中子探测器,用径迹探测器记录裂变碎片的慢化球中子探测器,不象球心用~6LiI(Eu)做热中子探测器的Bonner球和球心用小型BF_3正比计数器做热中子探测器的Ladu球那样需要成套的电子学设备,也不象用活化箔做球心热中子探测器那样,因产物衰变而在照射时间上受限制,因此使用简便,造价便宜,具     

CFBR-Ⅱ堆中子注量测量

介绍了分别用^239Pu裂变电离室、S活化片和CR-39固体径迹探测器测量CFBR-Ⅱ堆稳定功率运行和脉冲工况运行时的中子注量的实验及结果,用S活化片测量脉冲堆裂变产额的方法和原理。     

快中子能谱在线测量的反冲质子望远镜响应模拟研究

快中子能谱是基于散裂中子源开展大气中子单粒子效应研究的关键输入参数,在线测量宽能区快中子能谱在近散裂靶位置面临飞行时间法不确定度大、中子通量高、本底干扰强等问题。设计了反冲质子望远镜(RPT)系统,利用Geant4模拟了20～200 MeV中子轰击不同厚度聚乙烯转换靶产生的反冲质子产额、角分布以及能谱,为优化探测系统设计提供了指导依据。通过模拟硅探测器与新型快响应CLLB闪烁体组成的二重符合RPT系统对入射中子的响应,分析了影响探测系统探测效率和能量分辨率的因素,确定了聚乙烯转换靶厚度为1 mm、符合质子探测器摆放角度为26.6°和探测器尺寸等重要参数,得到了RPT系统的中子响应函数矩阵,并计算了其探测效率达10-5,对高中子通量和复杂本底干扰环境下的快中子能谱在线测量具有指导意义和参考价值。     

用于反应堆内相对中子通量密度在线测量的闪烁体光纤探测系统研制

为实现反应堆不同空间和能量的相对中子通量密度在线监测,本文研究开发了一套新型的用于狭小空间且位置灵敏的闪烁体中子探测系统。该套系统由5种探头、5路光子计数器、1台计算机及相应的软件组成。5种探头的主要构成物质分别为~6 LiF+ZnS(Ag)、~(232) ThO_2+ZnS(Ag)、~(238) UO_2+ZnS(Ag)、~9Be+ZnS(Ag)以及BGO晶体,故可测量不同能量的相对中子通量密度。其中,掺有~6 LiF的探头用于热中子的测量,BGO探头用于γ测量,其余3种探头用于快中子的测量。利用该系统进行了启明星1#装置内热中子及快中子的相对通量密度分布测量,并将测量结果与利用蒙特卡罗方法得到的理论分布结果进行了比较。考虑到理论设置参数与实际实验参数的差别,可认为测量结果是可信的。     

若干缺实验数据的铀、钚同位素快中子反应截面的光学模型计算

本文根据裂变核奇偶性的差别,把通过符合实验数据所确定的~(235)U,~(238)U,~(239)Pu和~(240)Pu的光学模型势参数分别推广到若干缺实验数据的U的奇A核和偶偶核、Pu的奇A核和偶偶核,然后进行光学模型计算,并对计算结果进行了分析,结果表明对于中子数和上述四个核相差不太大的核素来说,这种外推法是可行的。     

~(236mf)Pu(45ps)裂变同质异能态的电四极矩

在六十年代Strutnsky在理论上证明了裂变同质异能态具有大形变的核亚稳态,在核的位能与形变参数关系的曲线中,裂变同质异能态位于第二极小。1977年Habs等用电荷柱塞技术测量了~(239mf)Pu(8μs)的电四极矩Q_0=34∽39 b,是第一次裂变同质异能态的电四极矩测量。以后,又有一些测量工作,但至今实验结果较少。     

移动式微型裂变电离室中子探测器研制与核特性测试

微型裂变电离室是一种反应堆上广泛使用的堆芯中子探测器。国内CPR1000核电机组的堆芯中子注量率测量系统采用移动式微型裂变电离室作为中子探头，在反应堆运行过程中测量反应堆中子通量，提供堆芯中子通量分布图，是核电站重要的安全仪控设备。对标现役国外产品的服役条件和技术指标要求，研制了一款移动式微型裂变电离室中子探测器，并参照国家标准GB/T 7164-2022和行业标准NB/T 20215-2013，对探测器的核特性进行了测试。测试结果表明：其核特性与国外产品相当，有望实现该反应堆安全产品的“国产替代”。     

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。