热中子非弹性散射及其在材料科学中的应用

本文扼要地叙述了热中子与凝聚态物质相互作用的基本散射理论,说明了热中子非弹性散射实验方法的特点。此外,还介绍了在一定条件下的声子色散关系、声子态密度和自扩散系数的表达式。最后,列举了国内、外有关声子色散关系曲线、声子态密度和自扩散系数实验测量的几个实例。     

~7LiH材料热中子散射数据研究

基于热中子散射理论,编制热中子散射数据计算程序Sirius。采用基于密度泛函理论的第一原理冻结声子方法,得到7Li H中7Li和H的声子态密度。利用Sirius程序和声子态密度,获取7Li H的热中子散射数据。理论分析表明,获得的数据合理。     

固体热中子散射数据研制程序SIRIUS

基于热中子散射的相干弹性散射、不相干弹性散射、相干非弹性散射、不相干非弹性散射4种机制,开发了可用于固体材料热中子散射数据库(TSL)研制的SIRIUS程序,并采用第一性原理晶格动力学方法计算固体材料的声子谱和声子能态密度。在此基础上计算了简单面心立方晶格(FCC)结构的金属~(27)Al的热中子散射数据,与ENDF/B-Ⅶ.1库中数据基本符合,验证了程序和方法的正确性。     

用于核素在线瞬发伽马数据测量的热中子源设计

基于MCNP程序建立了西安脉冲堆热中子源设计的蒙特卡罗深穿透耦合屏蔽计算方法;采用MCNP临界源模型计算了热柱方腔前表面的中子、伽马平面源的参数,并与实验值进行了对比,给出了平面源的修正系数;基于中子、伽马等效平面源,采用新型硼铝复合材料以及铅、铋等材料,优化设计了热中子束流滤束装置,给出了热中子束流滤束装置的升级改造方案,得到热中子通量密度较原设计方案提高3倍、中子伽马通量密度比值大于10的平行热中子束,且束流外侧区域的中子、伽马本底剂量率接近0.025 mSv/h的辐射防护标准。     

用于核素在线瞬发伽马数据测量的热中子源设计

基于MCNP程序建立了西安脉冲堆热中子源设计的蒙特卡罗深穿透耦合屏蔽计算方法;采用MCNP临界源模型计算了热柱方腔前表面的中子、伽马平面源的参数,并与实验值进行了对比,给出了平面源的修正系数;基于中子、伽马等效平面源,采用新型硼铝复合材料以及铅、铋等材料,优化设计了热中子束流滤束装置,给出了热中子束流滤束装置的升级改造方案,得到热中子通量密度较原设计方案提高3倍、中子伽马通量密度比值大于10的平行热中子束,且束流外侧区域的中子、伽马本底剂量率接近0.025 mSv/h的辐射防护标准。     

基于第一性原理的氢化锆热散射律计算分析

声子态密度是计算热散射律数据的基本参数。氢化锆（ZrHx）中含氢量的变化会导致晶体结构的变化，进而影响其声子态密度。国际上一般通过拟合实验数据获得ZrHx中氢的参数化的声子态密度，不能体现氢化锆真实的晶体结构。本文基于δ-ZrH1.5和ε-ZrH2，采用第一性原理计算了ZrHx中氢的声子态密度，研究分析不同方法获得的声子态密度对热散射截面的影响，以及对含氢化锆的TRIGA反应堆的反应性的影响。数值结果表明，与ENDF/B-Ⅷ.0和JEFF-3.3评价核数据库中的声子态密度模型相比，用第一性原理计算得到的声子态密度模型能产生更精确的热散射截面，且显著提高TRIGA反应堆反应性计算的精度。     

氢化锆和钒的散射核

本文在简谐近似下给出晶体点阵动力学矩阵元的一般计算公式。用此公式计算了氢化锆和钒的声子谱,进而计算了它们的热中子散射能谱,并与实验进行了比较。     

金属氢化物点阵动力学的一种简单模型

本文在叁邻近中心力的假设下,求解金属氢化物(氢化钛和氢化锆)的点阵动力学方程,而得到声子谱。将此声子谱代入非相干近似下金属氢化物的热中子非弹性散射截面公式,求得截面的理论值。再通过与实验截面数据的符合,而确定中心力参数。最后再解一遍点阵动力学方程,而得到了金属氢化物(氢化钛和氢化锆)的声子谱,和其中金属原子(钛和锆)以及氢原子的中子散射权重声子谱。     

用反符合和热中子屏蔽降低γ谱仪本底

新建的一台反宇宙射线低本底HPGeγ谱仪,在物质屏蔽的基础上采用反符合和热中子屏蔽联合方法,实验研究次级宇宙射线μ子和中子产生的本底。结果表明,反符合屏蔽(塑料闪烁探测器)能大幅度降低μ子产生的本底,还能有效抑制快中子与锗晶体和屏蔽材料非弹性散射引起的本底,100-2000keV能区反符合积分本底抑制系数可达8倍。热中子屏蔽(镉吸收片)的加入可明显降低锗晶体和屏蔽材料热中子俘获产生的本底,使511keV正电子湮灭峰本底的抑制系数由5.8倍提高到20.7倍,100-2000keV反符合积分本底抑制系提高到13.2倍。     

金属氢化物热中子散射截面的一种简单模型

本文在简谐和非相干近似下,假设金属氢化物中氢的权重声子谱的声学支和光学支部分都可以用“类高斯分布”来表示,用声子展开的办法和数学统计的技巧,推导了金属氢化物中氢的热中子散射微分截面的解析表达式;并就ZrH_(1.66)和TiH_(1.92),通过和实验结果的比较,分别得到了一组模型参数。     

排代法的离子交换动力学及平衡研究——在螯合剂存在下Eu(Ⅲ)在树脂相和水溶液中的自由扩散系数

用放射性示踪原子~(152,154)Eu和三颈瓶反应器法,测定了Eu(Ⅲ)在与含有螯合剂DTPA或NTA的水溶液达到离子交换平衡的树脂相内的自扩散系数,研究了铵离子浓度、pH和温度的影响,求出了在树脂相内自扩散的活化能。用示踪原子~(152,154)Eu和开端毛细管法,测定了在含有螯合剂DTPA或NTA的水溶液中的自扩散系数,研究了铵离子浓度和温度的影响,求出了在水溶液中自扩散的活化能。实验证明,在相同的温度和浓度等条件下,NTA存在时Eu(Ⅲ)在树脂相内的自扩散系数比DTPA存在时大,而水溶液中的自扩散系数则在实验误差范围内是一致的。DTPA存在时的树脂相内自扩散的活化能比NTA存在时大,而水溶液中自扩散的活化能是一致的。本文在扩散速度方面,为利用螯合剂的排代法分离稀土元素和超钚元素提供了理论依据。     

基于一阶广义微扰理论的燃耗灵敏度系数计算

采用一阶广义微扰理论,开发燃耗计算中核素的核子密度对反应截面的灵敏度分析程序。分析各核素的反应截面对244Cm在50 GW·d/t时核子密度的灵敏度系数,235U和239Pu的裂变截面和238U、240Pu、241Pu、242Pu以及243Am的俘获截面具有较大的灵敏度系数;243Am俘获截面的灵敏度系数在热中子区和共振区明显大于快中子区,因此243Am俘获截面精度的改善应该优先考虑热中子区和共振区。     

~6LiH 过滤盒的性能研究及其在剂量测量中的应用

本文给出了~6LiH 过滤盒的中子、γ射线吸收性能的实验结果。壁厚约为1.5mm 的~6LiH 盒对反应堆热中子的吸收与0.5mm 厚的 Cd 相当;利用壁厚为2mm 的~6LiH 盒,测得~7LiF、~6LiF 和天然 LiF 热释光剂量计(TLD)的热中子响应系数分別为6.2×10~(-10)、1.06×10~(-7)和2.5×10~(-8)R·cm~2;通过与 Cd 盒比较,得到 Cd 的俘获γ系数为4.96×10~(-9)R·cm~2。介绍了用包~6LiH的 LiF-TLD 测量反应堆周围中子-γ混合场中的热中子和γ射线剂量。     

n,γ透射法水分、密度联合测定

研究了~θLi(Ce)玻璃闪烁体用作中子、γ辐射探测器时的n,γ幅度鉴别性能。实验初步验证了用~6Li(Ce)玻璃闪烁体单探头热中子透射法测含水(氢)量,γ透射法测密度的联合测量的原理。     

特殊中子束流装置特性研究

利用金箔活化法测量了特殊束流装置中心轴线上不同位置处的热中子通量密度比、金镉比、锰镉比以及出口处γ/n的剂量比.束流装置出口处的热中子通量密度约为入口处的1/1 019,出口处γ/n的剂量当量比约为21%.将束流装置出口与入口处热中子通量密度的实验结果与用MCNP/4B程序计算结果进行了比较,两者相差约为5%.     

LiTaO3的声学声子测量

一、引言自六十年代后期以来,不少人对LiTaO_3和LiNbO_3的相变问题进行了广泛的研究,采用的手段各异,有红外光谱、喇曼光谱、热中子散射等。有人认为是位移型相变,有人认为属于有序-无序型,还有人认为是二者之结合,但至今尚无一个肯定性的意见。我们希望通过热中子非弹性散射实验,对LiTaO_3相变机制进行研究。作为第一步,先在两个主要对称方向上测量了色散曲线的声学支,并根据小q值处色散曲线的斜率算出了在晶体内的声速,与其它的结果进行了比较。     

热中子透射成像转换屏物理设计研究

中子像转换屏是热中子透射成像技术的关键部件，中子像转换屏的参数严重影响空间分辨率和热中子-光子转化效率两方面的特性。采用Geant4程序模拟热中子透射成像的物理过程及透射光子二维图像，建立了基于LiF(ZnS)和LiF(GOS)像转化屏的热中子透射成像模拟模型和Siemens star像指示器模型，利用线扩散函数（Line Spread Function,LSF）计算空间位置分辨率，获得热中子像转化屏厚度与空间位置分辨率、中子-光子转换效率的关系。基于兰州大学紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统参数，推荐选取LiF(GOS)像转化屏的厚度为40μm,LiF(ZnS)像转化屏厚度应选取80μm，热中子透射成像空间分辨率分别可达到45μm和63μm，为基于紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统的研发奠定了技术基础。此外，本工作得到的LiF(GOS)、LiF(ZnS)像转化屏优化参数同样适用于其他热中子成像装置，可为热中子透射成像系统的搭建提供了技术参考。     

SiO2热中子散射截面在空间堆事故分析中的应用

SiO₂热化效应可能对核废料地质储存库分析和空间反应堆坠落湿沙情况下的临界安全造成一定影响。本文结合最新的ENDF/B Ⅶ-1的TSL库,制作了ACE格式的SiO₂热中子截面数据库。分析了不同温度对SiO₂热中子散射截面的影响,比较了采用声子谱模型的SiO₂热中子散射截面数据与采用自由气体模型的SiO₂热中子散射截面数据的差异,并采用本文制作的截面库,对空间堆坠落湿沙情况下的临界安全特性进行了分析,给出了反应堆最易重返临界的湿沙成分比例。     

含硼织物与透明树脂板中子屏蔽性能研究

介绍了所研制的含硼材料的中子屏蔽性能。两种厚度(58mg/cm~2,153mg/cm~2)无纺布对热中子的屏蔽率分别为51％和79％,对0.186、24.4和144keV中子,其质量减弱系数分别为1.56、1.29和0.90cm~2/g。质量厚度为0.59g/cm~2的天然硼树脂板对热中子的屏蔽率为85％,改掺浓缩硼或钆的树脂板则为97％,三者对24.4keV中子的屏蔽率均为38％。浓缩硼树脂板经6SV热中子辐照后,其白光透明度无明显变化,20SV辐照则降至原始值的50％左右,但热中子屏蔽性能并无明显变化。钆树脂板的热中子俘获γ辐射较强,其剂量当量超过入射热中子的剂量当量。     

含硼织物与透明树脂板中子屏蔽性能研究

介绍了所研制的含硼材料的中子屏蔽性能。两种厚度(58mg/cm~2,153mg/cm~2)无纺布对热中子的屏蔽率分别为51％和79％,对0.186、24.4和144keV中子,其质量减弱系数分别为1.56、1.29和0.90cm~2/g。质量厚度为0.59g/cm~2的天然硼树脂板对热中子的屏蔽率为85％,改掺浓缩硼或钆的树脂板则为97％,三者对24.4keV中子的屏蔽率均为38％。浓缩硼树脂板经6Sv热中子辐照后,其白光透明度无明显变化,20Sv辐照则降至原始值的50％左右,但热中子屏蔽性能并无明显变化。钆树脂板的热中子俘获γ辐射较强,其剂量当量超过入射热中子的剂量当量。