基于白光中子源的^(197)Au中子辐射俘获截面测量及共振参数分析

中子辐射俘获反应在反应堆运行、核装置设计及核天体物理研究中起重要的作用.4πBaF_(2)探测装置有着高时间分辨能力、低中子灵敏度、高探测效率等优点,适合开展中子辐射俘获反应截面数据的测量.中国原子能科学研究院核数据重点实验室建立了伽马全吸收装置(Gamma total absorption facility,GTAF),该装置用28块六棱BaF_(2)晶体和12块五棱BaF_(2)晶体构成了外径25 cm,内径10 cm的球壳,覆盖了95.2%的立体角.利用GTAF在中国散裂中子源Back-n束线上,测量了197Au(n,γ)的反应截面数据.测量数据通过能量筛选、PSD方法、晶体多重性筛选进行了初步本底扣除,随后结合对^(nat)C及空样品的测量数据对本底进行了分析及扣除,获得了197Au俘获反应的产额,利用SAMMY程序拟合得到了^(197)Au在1—100 e V的共振能量、中子共振宽度和伽马共振宽度参数.实验测量结果与ENDF/B-VIII.0数据库符合良好,其共振参数存在一定差异,分析原因可能与GTAF能量分辨率、Back-n的中子能谱测量精度、以及实验本底扣除方法相关,这也是下一步工作的重点.

多节点微口袋裂变电离室信号串扰的抑制

微口袋裂变电离室(micro-pocket fission detector, MPFD)是堪萨斯州立大学提出的一种新型微型裂变电离室,通过组合多个探测器形成一个多节点的探测器阵列,用于核反应堆堆芯中子注量率的三维在线监测或辐照样品处中子注量率的原位在线监测。在多节点探测器的设计过程中,由于各节点用于施加电场和输出信号的平行导线距离非常近,必须抑制各节点之间产生信号的相互串扰,以获得各节点输出信号的准确信息。本工作提出了一种3节点的MPFD设计,利用Garfiled、SRIM以及有限元分析方法对MPFD不同节点之间的串扰信号进行模拟分析,结果表明,MPFD串扰信号较主信号低1个量级,且极性相反。同时,制做了3节点的MPFD探测器样机,利用235U自发衰变产生的α粒子对两个节点之间的串扰信号进行了实验测试。实验结果与模拟计算结果一致,表明这种3节点的MPFD,由不同节点产生的串扰信号可通过信号极性和脉冲幅度进行甄别,不影响探测器对中子注量率的测量。

14MeV中子穿过组合材料引发^(238)U绝对裂变率的测量

为检验计算方法与参数 ,用小型平板铀裂变室测量了铁球壳表面沿赤道方向不同位置 1 4MeV中子穿透实验模型后引起的2 38U绝对裂变反应率 ,并与MCNP/4A和ENDF/B V库数据计算结果相比较。实验总误差为 6.1 %。

管状铀电镀膜的制备及定量研究

叙述了电沉积法制备管状铀电镀膜的原理及过程,分析了影响电镀工艺水平的各种因素。通过电沉积法制备了4种规格型号的铀电镀膜。利用平面铀电镀膜,通过相对定量法,对管状铀电镀膜镀层进行了定量。

水泥反射体内钚裂变反应率实验研究

钚裂变率实验是中子模拟工程中需要重点关注的对象。根据理论研究需求,用^(252)Cf中子源和钚裂变电离室,开展了纯水泥反射体内反射中子的钚裂变反应率实验研究,实验结果不确定度为10.5%。实验结果与理论模拟计算进行了比较,两者在不确定度范围内符合。实验研究结果为理论分析提供参考。

中国第一台高性能白光中子源——CSNS反角白光中子源及其应用

基于中国散裂中子源(CSNS)建设的我国第一台高性能白光中子源——反角白光中子源(Back-n)是国际上综合性能最好的白光中子源之一,能区范围覆盖meV~百MeV,飞行时间测量分辨率可在全能区达到1%以内,中子注量率国际领先。自2018年3月建成以来,Back-n已开展了一系列的核数据测量实验、探测器标定实验、中子辐射效应实验和中子照相研究,科研产出效率非常高,实验数据质量达到了研究要求,为我国多领域的科学研究和应用研究提供了一个强大的平台。本文对该白光中子源的性能特点、已投入运行和规划中的核数据测量实验谱仪进行了综述,并指出了主要应用方向。

中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量

中国散裂中子源(CSNS)已于2018年5月建设完工,随后进行了试运行.其中的反角白光中子束线(Back-n)可用于中子核数据测量、中子物理研究和核技术应用等多方面的实验.本文报道对该中子束的品质参数测量实验过程以及最终实验结果.实验主要采用中子飞行时间法,利用^(235)U,^(238)U裂变室和~6Li-Si探测器测量了中子能谱和中子注量率,又利用闪烁体-互补金属氧化物半导体探测系统测量了中子束斑的剖面,得到了该束线的初步实验测量结果.其中白光中子的全能谱测量范围eV—100 MeV,给出了不确定度分析;给出了中子注量率两个实验厅位置的满功率值;给出了白光中子在直径60 mm情况下的全能区束斑.通过与模拟结果的比较探讨了以上结果的合理性,并提出了改进计划.这些实验结果为以后该束线的核数据测量和探测器标定实验奠定了基础.

14MeV中子在组合材料上高阈能活化反应率的测量和计算

用六种阈能探测器Fe、Al、C2F4、Nb、Zr和Cu测量了D-T聚变中子在柱状组合材料上的高阈能活化反应率,讨论了实验结果。用MCNP/4B程序计算了实验装置上的活化反应率,并与实验结果进行比较。结果表明,除F活化反应率符合较好外,其余相差10％-30％。

用贫化铀裂变室测量绝对裂变率的影响因素研究

用贫化铀裂变室进行绝对裂变率测量。分析了裂变室记录裂变碎片的效率,对影响绝对裂变率测量的因素进行实验研究,包括探测器之间扰动影响,裂变室结构材料的影响等。

Fe活化箔活化γ射线测量技术研究

较系统地研究了特定条件下Fe活化箔活化γ谱测量及解谱等相关技术,包括高阈能探测器的自吸收、自屏蔽、扰动等影响。分析了实验测量和蒙卡计算结果,并对结果进行了讨论。

D-D中子源产额的大角度伴随质子监测技术研究

利用伴随质子法对D-D源中子产额进行了监测,选择了双叉管靶室和三叉管靶室,在与入射D+束成90°、135°和178.2°的三个方向上,获得了伴随质子谱和中子产额,确定了进行准确的产额监测的实验条件,实验表明在大角度方向(178.2°)进行产额监测是可行性的。对实验结果及其不确定度进行了分析和讨论。

裂变室镀层质量厚度的相对测量技术

基于在相同的中子辐照条件下，裂变数与裂变核素的数量成正比的原理，利用加速器14MeV中子源研究了裂变室镀层重量的相对定量方法，介绍了实验布置及所获得的定量结果。将部分定量结果与其α定量结果进行比较，差异小于1％，证明该方法用于裂变室镀层重量的测定可行，定量结果的不确定度约为2％-4％。

探测器用铀电镀片的制作

固体径迹火花自动计数器用于中子学参数实验中裂变率的测量时,其关键部件转换靶是贫化铀和浓缩铀镀片,该镀片用电镀法制备。介绍了电镀片的制作工艺和方法,对实验结果进行了分析和讨论。

14MeV中子在贫化铀球中造钚率的实验数据模拟分析

根据已开展的14 MeV中子在600 mm贫化铀球中的造钚率实验,使用MCNP5程序对实验结果及其影响因素进行数值模拟分析。结果表明:B-Ⅵ版的uresa库和endf66c库对造钚率的模拟结果与实验结果相符;管道的空腔效应、靶室结构材料和水层的屏蔽散射效应及大厅本底中子等因素对造钚率影响较小。

基于CSNS反角白光中子源的中子俘获反应截面测量技术研究

中子俘获反应截面数据在核天体物理研究、先进核能开发中具有非常重要的应用,由于缺乏合适的白光中子源和探测装置,国内在keV能区(1 eV-100 keV)中子俘获反应截面的实验数据几乎是空白.中国原子能科学研究院核数据重点实验室建造了国内第一台γ全吸收型探测装置,由40块BaF_(2)探测器单元组成厚度为15 cm,内半径为10 cm的BaF_(2)晶体球壳,共覆盖了95.2%的立体角.利用升级后的装置在中国散裂中子源的反角白光中子源上建立了中子俘获反应截面在线测量技术.在不规则的φ30 mm中子束斑的实验条件下,完成首次197Au中子俘获反应截面的在线测量,利用加和能谱和多重数分布扣除本底,反演飞行时间谱得到keV能区197Au中子俘获反应截面的实验数据.通过与ENDF评价数据库相关数据的比较,共振峰位置能够很好地吻合,从而验证了测量装置和测量技术的可靠性,为下一步高精度截面数据的获取奠定基础.

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。

水泥材料的反射中子实验研究

采用铀核裂变法和活化法实验研究D-T聚变中子在水泥材料上的反射中子。在铁球壳外表面水平赤道方向上,用小型浓缩铀和贫化铀裂变电离室结合俘获探测器测量了反射中子引起的235U(包镉)和238U裂变反应率,实验不确定度分别为6.1%-7.3%和6.4%-7.4%。用5种高阈能活化箔测量了反射中子引起的活化反应率,实验不确定度为7.2%-8.0%。比较了252Cf自发裂变中子在水泥材料上反射中子引起的235U(包镉)裂变反应率测量结果。讨论和分析了实验结果。

固体核径迹火花自动计数器效率标定

对固体径迹火花自动计数器探测效率的影响因素进行了分析,重新确定了最佳径迹蚀刻条件以及放电参数。利用小型平板裂变电离室在多种模型下对固体径迹火花自动计数器探测效率进行了重新标定,得到了不同实验条件下固体径迹火花自动计数器效率。

固体径迹火花自动计数器效率刻度

介绍了固体径迹火花自动计数器原理,探索了最佳蚀刻条件,刻度了固体径迹火花自动计数器效率,测量了信号膜厚度和蚀刻厚度变化的修正因子。两种修正因子的测量和效率的刻度使得固体径迹火花自动计数器能够用于绝对裂变率的测量。

碳材料反射中子的^(238)U裂变反应率测量和计算

用小型贫化铀裂变室和俘获探测器测量了D T聚变中子在碳材料反射体上反射中子引起的238U裂变反应率分布。比较了无碳材料反射体的测量结果。实验测得的238U裂变反应率合成不确定度为5.1%～6.4%。实验结果与用MCNP/4A程序和ENDF/B Ⅳ库数据计算的结果在误差范围内符合。