飞行时间法测量脉冲堆热柱孔道热中子能谱

文章介绍飞行时间法测量中子能谱的基本原理，给出脉冲堆热柱孔道飞行时间谱测量实验的系统设计及时间谱测量结果，利用自行研制的解谱程序求解飞行时间法测量的热柱孔道热中子能谱分布。结果表明，测量能谱较Thermal Maxwellian理论谱偏软，谱峰对应的中子能量为（24．8±7．2）meV。

利用伴随粒子飞行时间法测量碳的快中子散射微分截面

利用伴随粒子飞行时间法（ＴＯＦ）测量了１４．７ＭｅＶ中子在碳核上的弹性散射和非弹性散射微分截面，给出了截面的实验数据及相应的勒让德系数。截面的总误差在４．０％～６．５％之间，其统计误差为０．５％～３．５％。

飞行时间效应对含氢系统瞬发中子衰减常数测量的影响

为实验获取含氢介质核系统的瞬发中子衰减常数,对中子飞行时间效应的影响进行了数值计算,并设计实验来验证分析结论。结果表明,当中子的飞行时间效应显著时,测量结果的准确性将受到影响;对热中子灵敏的6Li玻璃探测器,通过减小探测距离和屏蔽低能中子可降低中子飞行时间效应的影响。

不同体积聚乙烯样品泄漏中子飞行时间谱测量与模拟研究

采用T(d,n)~4 He脉冲中子源和中子飞行时间法测量了3种不同尺寸聚乙烯样品在60°方向的泄漏中子飞行时间谱。通过3种模拟模型(点探测器简化模型、点探测器复杂模型和环探测器复杂模型),应用MCNP程序分别模拟得到了泄漏中子飞行时间谱,并与实验数据进行比较。结果显示:对于小体积样品(?13cm×6cm),3种模型的模拟数据和实验结果在n-p散射峰符合均很好;对于大体积样品(30cm×30cm×6cm,40cm×40cm×6cm),采用环探测器复杂模型的计算结果更加接近实验值。该研究工作为将来开展大体积样品基准检验奠定了基础。

基于D-D中子源开展^(238)U样品屏蔽积分实验研究

利用中国原子能科学研究院的中子学屏蔽积分实验装置,通过飞行时间法分别测量了D-D中子源与不同尺寸^(238)U样品作用后在60°和120°的泄漏中子谱,样品表面积为30 cm×30 cm的板状样品,厚度分别为3、6和9 cm。利用蒙特卡罗程序对泄漏中子谱进行了模拟计算,其中^(238)U数据分别采用CENDL-3.2库、ENDF/B-Ⅷ.0库、JENDL-5.0库和JEFF-3.3库中的数据。通过对模拟结果与实验结果的比较,重点分析了CENDL-3.2库中^(238)U数据存在的不足和需要改进之处,结果表明:在裂变反应能区内,CENDL-3.2库计算结果与实验结果符合较好,但在弹性散射能区60°和120°均有较大的高估,尤其是120°,而在裂变反应和分立能级非弹性散射的混合能区1.5~2.5 MeV又有明显低估。

测量几何条件对外中子源激励铀产生的中子和γ飞行时间谱的影响分析

为确定主动法外中子源激励铀材料时中子、γ飞行时间谱的实验测量条件,基于Geant4数值模拟平台建立了D-D外中子源激励铀材料后中子、γ飞行时间谱的计算模型,计算了探测器表面距铀材料中心不同距离下的中子、γ飞行时间透射谱及飞行时间关联符合谱,分析讨论了D-D外中子源激励铀材料时,探测距离、探测时间及探测器角度等因素对中子、γ飞行时间谱的影响。模拟结果表明,实验中样品与中子源之间的距离应小于10 cm,用于记录中子、γ飞行时间透射谱的探测器表面与铀样品几何中心间的距离应控制在80 cm左右,用于探测中子、γ飞行时间关联符合谱的探测器表面与铀样品几何中心间的距离应控制在30 cm左右,且探测器应置于与束流方向成53°夹角的方向上。

n-r分辨应用于^252Cf自发裂变中子飞行时间谱测量

飞行时间法是精确测量快中子能谱的有效方法。但是在实际应用中，各种中子灵敏探测器同时也对r射线灵敏，中子源的伴随r射线会直接影响中子能谱的求解精度。液体闪烁体BC501具有良好的时间响应特性和n-r分辨本领，广泛适用于r射线场中的快中子参数测量。文中选用液体闪烁体BC501作为快中子探测器，根据中子和丫射线在液体闪烁体中产生的闪烁光退光时间长短的明显差异，应用脉冲上升时间法进行n-r分辨，通过对符合甄别^252Cf自发裂变中子飞行时间谱中的丫射线的效果进行研究，从应用的角度描述了脉冲上升时间法的n-r分辨效果。

利用瞬发γ射线法测量^(209)Bi的中子非弹性散射截面

在铅铋快堆、空间堆等先进反应堆中,铋作为冷却剂和慢化剂材料被大量使用,其中子核反应截面,尤其是中子非弹性散射截面的准确性对这些核装置的安全性和经济性等具有重要的影响。基于中国原子能科学研究院HI-13串列加速器瞬发γ射线实验平台,通过瞬发γ射线法测量了^(209)Bi在9.0、10.5和12.0 MeV 3个能点的中子非弹性散射截面。在相对于中子束30°、70°、110°和150°方向放置4个Clover探测器测量中子与样品相互作用产生的γ射线。实验采用相对测量,通过测量中子与^(48)Ti发生非弹性散射发射的983.5 keVγ射线的产生截面来确定^(209)Bi的截面。^(209)Bi金属样品的尺寸为∅50 mm×4 mm,参考样品为1块∅50 mm×1 mm的天然钛金属样品。将实验测量结果与已发表的实验数据、ENDF/B-Ⅷ.0、JEFF-3.3、JENDL-4.0、ROSFOND-2010和CENDL-3.1等评价库数据以及Talys 1.95程序默认参数的计算结果进行对比,发现趋势一致,9.0、10.5 MeV能点的测量结果与Talys 1.95程序的计算结果符合得更好,12.0 MeV能点的测量结果与ROSFOND-2010评价库数据符合得更好。

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.

基于^(252)Cf源驱动噪声分析法的铀部件裂变中子时间关联符合计数模拟研究

依据中子源驱动噪声分析法原理,针对铀材料或铀部件的质量属性测量问题,采用蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟方法,模拟研究了几何形状相同、富集度相同而质量不同的球形金属铀部件的质量测量,获得了与铀部件质量测量相对应的时间关联符合计数分布。研究结果表明,中子源注入铀部件后所构成的核信息系统,可根据源与探测器间的中子时间关联符合计数分布获得铀部件的质量等特性。通过对半径4.67 cm、质量8.00 kg的球形铀部件样品的模拟研究与分析,获得源-探测器之间的时间关联符合计数,基此,模拟研究了几何形状相同、富集度相同而质量不同的球形铀部件,实现了对铀部件质量属性的测量。

基于^(252)Cf源驱动噪声分析法的高浓缩铀部件外加反射层效应

针对高浓缩铀部件外加的反射层材质及厚度之效应可以巧妙避开核查这一问题,依据^(252)Cf中子源驱动噪声分析法原理,采用蒙特卡罗方法模拟研究了高浓缩球形金属铀部件的不同材料、厚度的反射层的效应,获得了相应的时间关联符合计数分布和中子产额。研究结果表明,对同一材料的反射层,反射层厚度愈大,中子产额愈大,即反射效果愈好。对于同一厚度的反射层,反射层材料的密度愈大,中子产额愈大,反射敷果愈好。

西安脉冲堆热柱孔道中子束流参数测量

采用飞行时间法测量了西安脉冲堆热柱孔道热中子束流中子能谱分布,能谱测量结果较Thermal Maxwellian理论谱偏软,中子谱平均能量为0.042±0.01eV。采用金箔活化法测得热柱孔道出口前端热中子注量率为1.18×105 cm-2.s-1,热中子注量率测量的不确定度为3%。

宋代铁钱的中子衍射研究

利用飞行时间法中子衍射技术(time of flight neutron diffraction)对3枚陕西出土的宋代铁钱进行了无损的相分析,采用英国卢瑟福实验室的高分辨率中子衍射仪GEM(General Materials Diffractometer),定量地揭示了铁钱的相组成、合金成分与主要锈蚀产物的成分。分析结果表明铁钱的主要物相为铁素体、渗碳体(还含有Fe3P),主要锈蚀产物为棕黄色针铁矿(α-FeOOH),没有发现铁素体晶粒的织构化,表明铁钱系铸造而成。中子衍射这种完全无损且量化的物理实验技术在中国文化遗产的科学分析与保护研究中具有广阔的应用前景。

准直D-T中子束穿过大块板状聚乙烯样品积分实验

本文介绍了中国原子能科学研究院建立的准直中子束积分实验装置。该装置利用T(d,n)4 He反应产生14.8MeV脉冲中子束,经1.1m厚重水泥屏蔽墙上的准直孔道后与样品作用,用飞行时间法测量样品不同方向的泄漏中子谱。首次测量了样品厚度分别为4.5、9、18和27cm的大块板状聚乙烯样品在30°和50°方向的泄漏中子谱;考虑靶结构、源中子能谱和角分布、脉冲束宽度及探测器效率,利用MCNP程序模拟计算了相同实验条件下的泄漏中子飞行时间谱。实验结果与模拟结果符合较好。

MRPC探测快中子研究

介绍了多气隙电阻板室(MRPC)的结构和原理,用蒙特卡罗方法计算了MRPC对快中子的灵敏度,并进行了脉冲中子实验。实验表明,MRPC有望用于飞行时间法测量快中子能谱。

重水反应堆热柱中子能谱测量

利用飞行时间法，用机械选择器测量了中国原子能科学研究院重水反应堆热柱的中子能谱．结果表明，该热柱能谱和理论Ｍａｘｗｅｌ谱有偏离．

国产Am-Be中子源能量低于1.5MeV中子所占份额的实验测定

本工作提出了测定Am-Be中子源发射的能量低于1.5 MeV中子所占份额的1种实用实验方法。用4.438 MeVγ射线伴随的飞行时间法测量了中子源的局部中子谱(n1群中子)。通过已准确测量的中子源发射4.438 MeVγ射线与中子强度的比值(R=Rγ/Sn)和n1群中子谱与测量的能量为1.5 MeV以上中子总谱在3.2 MeV能量处归一后的面积比值,求得国产Am-Be中子源能量低于1.5 MeV中子的所占份额为(19.1±1.9)%。

基于MPD-4电子学插件的液体闪烁体中子光响应特性实验研究

中子光响应函数是液体闪烁体探测器的重要参数,准确的光响应函数和探测阈值是精确确定中子探测效率的基础。近年来,专门用于液体闪烁体中子探测器的高集成度新型电子学插件(Mesytec公司的MPD-4)广泛应用于中子探测系统中,该电子学插件集成了脉冲高度(PH)、脉冲形状甄别(PSD)和恒比定时(CFD)测量功能,且1个NIM插件即可实现4路探测器的同时测量。对于同一中子探测器,利用这一电子学系统与传统电子学系统对中子的光响应函数进行了实验比对,结果表明,两套系统得到的中子光响应函数具有明显的差异。因此,在使用MPD-4电子学系统进行中子探测的实验中,需对光响应函数进行重新标定。

中国散裂中子源反角白光中子源束内伽马射线研究

在基于白光中子源的中子核反应测量中,伴随中子束的伽马射线是重要的实验本底之一.本文对中国散裂中子源反角白光中子源的束内伽马射线进行了研究.通过蒙特卡罗模拟,得到了伽马射线的能量分布和时间结构.通过直接测量和间接测量两种方法测得低能中子区的束内伽马射线的时间结构.直接测量实验中,将载6Li的ZnS(Ag)闪烁体探测器置于束流线上,通过飞行时间法直接测量束内的中子和伽马射线的时间结构,并利用波形甄别技术进行粒子鉴别.间接测量法是将铅样品置于束流线上,利用C6D6闪烁体探测器测量样品上的散射伽马射线,从而得到入射伽马射线的时间结构.实验测量结果与模拟结果在12μs—2.0 ms的时间区间内具有较好的一致性.

中子反应总截面测量系统关联不确定度的模拟

在15 MeV电子加速器驱动的白光中子源装置上进行了铍材料的中子总反应截面测量,测量结果与已有实验数据和ENDF/VII.1数据库的评价数据基本符合。为了得到由于加速器束流波动、飞行路径测量、靶厚度测量以及获取系统死时间等引起的测量系统的关联不确定度,利用Geant4模拟软件对整个实验装置、实验过程进行了模拟,经过对模拟中使用的中子反应总截面与模拟计算得到截面的比较分析,得到了实验系统关联不确定度的估计值。在模拟中采用了局部区域增加权重的方法来降低模拟运算时间。对模拟得到的中子飞行时间谱与实验测量得到的飞行时间谱进行了比较,并且对探测器处的中子产额也进行了比较,以此来验证模拟程序的可靠性。