氚靶片核素组成对氘氚中子源强的影响

氘氚中子源通过氘离子束轰击氚靶片引发氘氚聚变反应,产生 14.1 MeV 高能中子。高能中子调控后亦可产生宽能谱中子场,是先进核能及核技术交叉应用研究的重要实验平台。作为中子源的核心部件,氚靶片由靶片基底和储氚薄膜组成,其中储氚薄膜的核素组成会影响氚原子密度与入射氘离子射程,最终直接关系到中子源强的高低。本文基于 MATLAB 和 SRIM 软件建立氘氚中子源强计算模型,对比计算了不同新型储氢金属材料组成的储氚薄膜(TiT2、MgT2、Mg2NiT4、VT2、LiBT4和 LaNi5T6)和不同氘离子能量对中子源强的影响。计算结果表明,在同等束流条件下,MgT2的中子源强相比 TiT2可提高 30%以上,且制备工艺较为成熟,是氘氚中子源的优秀储氚薄膜材料。

基于氘氚中子源硼中子俘获治疗的中子慢化整形研究

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是一种具有广阔前景的癌症治疗方法。氘氚中子源是未来可供选择的BNCT中子源之一,由于氘氚中子源产生的中子能量为14.1 MeV,不能直接用于BNCT,需要进行束流慢化整形。使用蒙特卡罗模拟程序MCNP5设计了相应的束流整形组件(Beam Shaping Assembly,BSA),模拟验证了用半径为14 cm的天然铀球做中子倍增层的优越性,计算结果表明:采用50 cm厚的BiF3和10 cm厚的TiF3组合慢化层,17 cm厚的AlF3补充慢化层,0.2 mm厚的Cd热中子吸收层,3.5 cm厚的Pb作为γ屏蔽层,以及10 cm厚的Pb反射层,获得了较为理想的治疗中子束,输出中子束的空气端参数满足国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)的建议值。

强流氘氚中子源用TiD_(2)靶膜制备技术研究

基片镀膜是氘/氚靶制备过程的重要工序,靶膜的性能直接影响充氘及中子实验。本文对去除表面污渍和氧化层后的基片采用磁控溅射进行镀膜,研制性能优良的强流氘氚中子源用靶膜。采用扫描电镜观察膜层表面外观形貌,根据称重法用电子天秤测量理论膜厚,使用划痕仪分析膜层结合力,并通过电子探针分析膜层的杂质元素含量来表征靶膜的性能。结果表明,磁控溅射镀膜后膜层颗粒度细小、分布均匀,同时膜层表面杂质小于6.0%。镀膜后基片的活化充氘实验表明,氘/钛(原子比)最高可达1.98,满足中子产额实验要求,可进行后续中子实验。

基于D-T中子源的板状铌样品的评价数据基准检验实验

利用中国原子能科学研究院核数据国家重点实验室的脉冲化氘氚聚变中子源产生的14.5 MeV单能中子,通过飞行时间法,测量了5、10、15 cm厚度板状铌(Nb)样品在与60°和120°两个方向上的泄漏中子飞行时间谱。利用蒙特卡罗模拟软件MCNP-4C进行了泄漏中子飞行时间谱的模拟计算,分别获得了CENDL-3.1、ENDF/B-Ⅷ.0和JENDL-4.03个数据库中Nb评价数据的模拟结果。通过各数据库不同能区的模拟结果与实验结果的比值(C/E),对3个数据库中^(93)Nb与14.5 MeV中子作用的角分布和双微分截面等相关评价数据进行了检验,重点分析了CENDL-3.1库的数据。结果表明,CENDL-3.1数据库的模拟结果在弹性散射能区、非弹性散射能区以及(n,2n)反应能区与实验结果均存在一定的偏差。而JENDL-4.0数据库除在120°弹性散射能区有高估现象,其他能区的模拟结果与实验结果均符合较好。ENDF/B-Ⅷ.0数据库的模拟结果除在60°方向弹性散射峰偏低外,其他能量范围的模拟结果均高于实验。

基于D-T聚变中子源的双功能液态铅锂包层中子学实验

中国双功能锂铅包层(Dual Functional Lithium-Lead,DFLL)是由中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所设计的用于聚变反应堆的液态包层。由于聚变反应堆氚增殖包层的设计高度依赖于中子计算,为验证DFLL包层设计中所使用的核数据库和仿真软件,建立了DFLL包层实验模块,并基于D-T聚变中子源开展一系列中子学实验。然后选用Nb活化箔和^(238)U裂变电离室分别进行中子产额测量和相对中子源强度监测,并用Li_(2)CO_(3)活化片和多活化箔分别测量了DFLL包层实验模块不同深度处的产氚率(Tritium Production Rates,TPR)和多活化箔反应率;最后采用SuperMC程序结合JEFF3.2核数据库进行蒙特卡罗模拟计算,并将模拟结果与实验测量的TPR和反应率进行比较。结果表明:中子源强测量不确定度控制在4.2%以内,产氚率的计算结果与实验结果比(Calculation results to Experimental data,C/E)在1.0~1.07区间吻合,多活化箔反应速率在0.77~1.1区间吻合,验证了包层中子学设计中氚增殖率计算的准确性。