基于7Li(p,γ)8Be共振核反应伽马源的光核嬗变实验原理验证研究

光核嬗变可作为长寿命核废料嬗变的一种补充手段.随着强流质子加速器技术的发展,共振核反应γ源的流强可达到较高强度.7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的148MeV与176MeV伽马射线恰好位于巨共振区内,是研究光核嬗变的较好选择.本工作基于中国原子能科学研究院2×17MV串列加速器,利用7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的高能伽马射线对197Au进行了光核嬗变实验研究.在质子流强081μA的条件下,当金靶厚度为2mm时,反推得到4π方向上的总嬗变率为(58683±2298)s-1.该实验结果为将来利用共振核反应伽马源进行光核嬗变实验研究奠定了技术基础.

激光驱动尾波场加速电子诱导光核嬗变

提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加,嬗变产额逐渐趋于饱和,单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值,半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额,使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现,随着等离子体密度的降低,尾波场加速的电子能量逐渐升高,但是电荷量逐渐减少,并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振,发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下,存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究,考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响,流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响,结果显示,电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。

康普顿γ光源SLEGS对长寿命裂变产物^(126)Sn的嬗变潜力

结合激光康普顿散射模拟程序4D-MCLCSS和Geant4软件包,模拟上海激光电子γ源(SLEGS)的γ光产生及其对长寿命裂变产物126Sn的光核嬗变过程,研究嬗变率与嬗变靶几何参数的依赖关系,并初步诊断基于SLEGS的光核嬗变产物分布,获得126Sn嬗变靶的最佳靶厚和半径分别为16 cm和0.4 cm,对应的嬗变率为1.89×106/s。研究结果表明:基于SLEGS的光核嬗变率比强激光驱动的轫致辐射法要高2倍,而且升级潜力巨大。

SLEGS嬗变长寿命裂变产物^(135)Cs的模拟

结合激光康普顿散射模拟程序4D-MCLCSS和Geant4软件包,模拟基于上海激光电子γ源(SLEGS)的γ光产生及其对长寿命裂变产物^(135) Cs的光核嬗变过程,研究嬗变率随嬗变靶几何参数的依赖关系,并初步诊断基于SLEGS的光核嬗变产物分布,获得^(135) Cs嬗变靶的最佳靶厚和半径分别为55cm和0.6cm,对应的嬗变率为1.62×10~6 s^(-1)。研究结果表明,基于SLEGS的光核嬗变率较强激光驱动的轫致辐射的高1个量级,SLEGS非常适用于开展^(135) Cs等长寿命裂变产物的光核嬗变研究。