热中子反应堆与核电

 一、 前言
1939 年德国科学家哈恩发现了重核的自发裂变,从此开始了原子能时代的新纪元。这个发现证实了核裂变伴随着大量能量释放的预言,此后又发现每个原子核裂变会放出几个中子。使得自持链式反应成为可能。如²³⁵U 吸收一个中子后,铀核的激发能增高而变得极不稳定,很快裂变成几个碎片,以碎片动能的方式放出能量。核裂变除放出碎片外,还放出2～3 个中子,例如²³⁵U 平均放出2.43 个中子,²³⁹Pu 平均放出2.92 个中子。如果这些中子中至少有一个中子去轰击铀核或钚核,就实现了所谓的自持链式反应。     

碰撞几何构型对相对论重离子碰撞旁观者核子的影响（英文）

在不同的核物质对称能下利用约束的Skyrme-Hartree-Fock-Bogolyubov计算得到了形变核的核子分布,基于此计算了RHIC能量下形变核碰撞产生的自由旁观者核子数及中质子产额比,并分析了中子皮和碰撞几何构型的影响。本工作发现,相比于其他碰撞构型,长椭球核的头对头碰撞和扁椭球核的腰对腰碰撞产生的自由旁观者核子数最少。旁观者中质子产额比敏感于中子皮的平均厚度,因此是对称能的良好探针,但不同碰撞几何构型所得到的产额比依赖于中子皮的极化角分布。在某些碰撞体系中,碰撞几何构型的效应大约为对称能效应的50%。由于²³⁸U和⁹⁶Zr的特殊形变中子皮,相对于其他碰撞构型,旁观者中质子产额比对对称能的敏感性在头对头的²³⁸U+²³⁸U碰撞和腰对腰的⁹⁶Zr+⁹⁶Zr碰撞得到了增强。此研究可能开启新的研究方向,即通过筛选高能形变核碰撞的几何构型来研究形变的中子皮分布。     

钍俘获反应率离线伽马测量方法

为了测定聚变-裂变反应堆模型钍包层中的钍俘获率以及钍-铀转化率, 探索了一种新的钍活化离线γ测量法. 利用测量²³²Th俘获反应产物²³³Th衰变链中²³³Pa衰变放出的311.98 keV 特征γ射线, 来反推计算并最终确定²³²Th(n,γ)²³³Th的反应率, 测试实验中不确定度约6% (²³³Th/²³²Th量级为10^-17情况下). 详细介绍了此方法的背景和原理方法, 并进行简单的校验实验, 证明其能够较好地得到模拟装置中的俘获率. 与瞬发γ测量法以及质谱分析法进行对比, 本方法更适合用于聚变-裂变反应堆模型钍包层中的钍俘获率以及钍-铀转化率测量, 并有望进一步测量其他相关参数.     

中子星——一个巨大的汤姆逊原子

 ①已知原子核组成的半岛大家都知道,一个原子核是由一些质子和一些中子组成的高密物质.如果用质子数Z做纵坐标,中子数N做横坐标,那么已知的原子核大体上都分布在对角线附近,如图1所示:就是说,一个原子核内,质子数大体上与中子数相等.比如,常见的氮原子核¹⁴N是由7个质子和7个中子组成,而钙原子核⁴⁰Ca是由20个质子和20个中子组成.但是,随着质量的增大,原子核内的质子多起来,库伦排斥力就增大,使得稳定的原子核渐渐偏离对角线而向着中子偏多而质子偏少的方向弯曲.比如铁原子核⁵⁶Fe由26个质子和30个中子组成,碘原子核¹²⁷I由53个质子和74个中子组成.事实上,所有观测到的原子核,天然的和人工的,稳定的和放射性的,长寿命的和短寿命的,都集中分布在这条略有弯曲的近似对角线附近,形成半岛状分布.但是,这个半岛只能延伸到Z～106的地方.实际上,Z>92的原子核（超铀元素）都是不稳定的.Z越大,原子核越不稳定,越容易自发裂变.Z>106时,原子核寿命将短到无法观测.更重的原子核是无法形成了.所以,半岛以外,乃是一片不能存在原子核的汪洋大海.     

一种基于~4He气闪烁体的裂变中子探测器

研制了一种新中子探测器,它以²³⁵UO₂裂变靶作为转换靶,⁴He气体作为闪烁体.该探测器充分结合了²³⁵U和⁴He两种核素的特点,从而具有中子能量响应平坦、中子灵敏度较高、n/γ分辨本领高等优点,能很好地在混合脉冲裂变辐射场中测量中子.本文对探测器的原理和结构设计进行了介绍,计算了不同能量中子、γ射线在探测器中的能量沉积,并从理论和实验上对探测器的中子灵敏度、γ射线灵敏度、n/γ分辨本领和时间响应进行了研究.结果表明探测器的中子灵敏度约10^-15C·cm²,γ灵敏度约10^-17C·cm²,时间响应约33.1 ns.     

反应堆235U裂变源辐射防护材料的优化设计

以热中子反应堆²³⁵U裂变源为辐射源,利用MCNP程序对其能谱进行模拟并研究其辐射防护,结果表明对²³⁵U裂变源所发射的能量高于3MeV的瞬发中子,重金属具有良好的屏蔽效果,而对于能量低于1MeV的中子,轻氢材料的防护效果更好;W/LiH,W/B₄C,TiH₂/W三种复合材料当质量比满足：W：LiH=19：1,W：B₄C=9：1,W：TiH₂=3：1时材料的屏蔽效果最佳;通过遗传算法结合MCNP模拟,得到W/TiH₂/B₄C,TiH₂/Cu/Gd,TiH₂/B₄C/Gd三种复合材料的最优组分配比,源每次裂变产生的粒子穿过这三种材料后在等效组织中造成的剂量当量率（10^-11Sv·h^-1）与材料厚度呈指数下降关系,三种材料分别可近似为1.071exp（-0.187 8x）,1.077exp（-0.166 2x）和1.608exp（-0.171 9x）,x为材料厚度（cm）.     

乏燃料贮运用铝基碳化硼复合材料的屏蔽性能计算

采用蒙特卡罗方法, 利用MCNP程序计算了在中子能量为0.5–20 MeV, ²³⁵U核热中子裂变源条件下, 厚度为3–9 cm、碳化硼含量5%–15%的铝基碳化硼复合材料在空气、水、200–1400 ppm (1 ppm=10^-6) 硼酸溶液介质中的中子透射系数. 结果表明: B₄C/Al复合材料的透射系数随碳化硼含量和材料厚度的增加而减少, 随中子能量的升高而增大, 而硼酸浓度的改变对中子透射系数影响不大. B₄C/Al复合材料在水中比硼酸中更能发挥其屏蔽效果, 在空气中屏蔽特性显现出“反转”现象, 中子能量高于5 MeV时透射系数几乎没有变化. 在裂变源条件下的B₄C/Al复合材料中子透射系数均比稳定源20 MeV 低. 介质的中子屏蔽效果是硼酸溶液>水> 空气, 水介质的中子透射系数与介质厚度呈指数下降关系, 裂变源和稳定源条件下分别近似为e^-0.71x和e^-0.669x, x为厚度(cm). 关键词： 蒙特卡罗 乏燃料设备 中子吸收材料 4C/Al')" href="#">B₄C/Al     

旋转靶强流中子源及其应用

 一、旋转靶强流中子源的现状一般讲,强流中子源是指中子注量在4π空间中一秒钟内具有近于或等于或大于1×10¹²个中子的辐射场。它可以利用反应堆得到平均能量为1MeV的中子;利用高能电子或质子加速器可得能量为数MeV的中子。国内外最近一、二十年来,在强流中子源方面做了大量的研究实验工作,除了利用加速器的（d-Be）,（p-Be）和（d-D）反应产生中子外,大量的工作集中在用（d-T）反应并使用高速旋转的氚靶以产生强流中子场。     

核武器的物理基础

 利用能自持进行的核裂变或核聚变反应释放的能量,产生爆炸作用并具有大规模杀伤破坏效应的武器,总称为核武器。其中,利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成的武器,叫裂变武器,通常称为原子弹。利用重氢（（₁²）H,即氘）或超重氢（（₁³）H,即氚）等轻原子核的热核反应原理制成的武器,叫热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。以高能中子辐射为主要杀伤因素的低当量小型氢弹,称为中子弹。 一、原子弹 铀235、钚239这类重原子核在中子轰击下,会分裂为两个中等质量数的核（称为裂变碎片）,同时放出2-3个中子和约2.9×10^-11J的核能。     

利用252 Cf快裂变室测量BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数

本文利用²⁵²Cf快裂变室和多参数数据采集系统,逐事例的同时记录了自发裂变中子和瞬发伽马的飞行时间(TOF),脉冲形状甄别(PSD)和反冲能量(RE,裂变中子是通过测量反冲质子;瞬发伽马是通过测量康普顿反冲电子)三维信息.详细介绍了通过离线数据分析完全扣除三维信息中的伽马事例贡献,以获得Φ50.8 mm×50.8 mm的BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数的方法.在不通过探测器响应函数进行数据转换的条件下,利用中子的能量直接确定了中子的有效测量阈值.得到的中子 关键词： 252Cf快裂变室')" href="#">²⁵²Cf快裂变室 BC501A液闪探测器 相对探测效率 响应函数     

狭缝式高灵敏裂变中子探测系统

研制了狭缝-外延式高灵敏大面积PIN裂变中子探测系统. 其对14MeV，2.5MeV中子灵敏度可达10^-16C·cm²，比原有典型的脉冲裂变中子探测系统高4个量级. 采用外延式铅狭缝准直结构，研制灵敏区尺寸为60mm，厚度为200μm—300μm的大面积PIN半导体探测器、以Be膜为衬底，有效直径为60的²³⁵U裂变靶，解决了该探测器研制中的高灵敏度和n/γ分辨难题. 该系统已在实践中获得成功应用. 关键词： 裂变中子探测系统 大面积PIN探测器 大面积裂变靶 高灵敏探测系统     

蒙卡程序计算临界基准题测试检验ENDF/B-Ⅷ.0核数据库

采用MCNP程序和ENDF/B-Ⅶ.1,ENDF/B-Ⅷ.0核数据库,对119个模型构成的临界基准题进行了临界计算测试检验。此临界基准题模型包含²³³U、高浓铀、中浓铀、低浓铀和钚材料的临界实验系统,中子能量覆盖了快中子、中能中子和热中子能谱。采用ENDF/B-Ⅷ.0核数据库的计算有效增殖因子keff结果与基准实验结果相对偏差的均值和标准差分别为-68.98×10^-5和407.88×10^-5,检验计算keff结果与基准实验结果的偏差与基准实验不确定度比值在1σ（σ为标准不确定度）以内、1σ～3σ区间和大于3σ的数量分别为107,9和3个;将此结果与相同条件下ENDF/B-Ⅶ.1核数据库的计算结果进行了比较,表明ENDF/B-Ⅷ.0核数据库对临界计算更准确,与实验模型结果符合更好。     

精确测定裂变碎片质量

铀发生裂变会产生许多种不稳定的丰中子核．芬兰Jyvaskyla大学的一个研究小组对质子引起的铀裂变产生的一些同位素，包括锶、锆和钼，进行了高精度的质量测量．     

14O核中子闭壳效应的探讨

在引入了BCS理论的相对论平均场模型框架内,通过系统研究氧同位素偶偶核的单粒子能级间隔、单粒子能级占有概率比、对作用效应和粒子数涨落,比较了¹⁴O,²²O和²⁴O三个核的中子闭壳效应,最后从理论上预言丰质子核¹⁴O有着比丰中子核²²O和²⁴O更强的中子闭壳效应. 关键词： 相对论平均场模型 能级间隔 占有概率 粒子数涨落     

基于裂变γ标识技术的瞬发裂变中子谱测量新方法

瞬发裂变中子谱（prompt fission neutron spectrum,PFNS）是用于核实验诊断过程中十分重要的参数数据,传统的测量主锕系核素（U,Pu）PFNS的技术手段是采用裂变室,利用裂变碎片标识裂变中子,通过中子飞行时间技术获得裂变中子谱.目前出现了一种新的用于PFNS测量的技术,其原理是基于如下的物理事实：在一次裂变过程中,释放中子的同时伴随着释放7–8个γ射线光子,而非弹性散射效应产生的γ射线光子只有1–2个.据此,可以通过裂变γ射线的多重性将裂变中子和其他杂散中子甄选出来,达到测量PFNS的目的.本文建立了基于裂变γ标识技术的PFNS测量实验系统.利用该系统对²⁵²Cf中子源的PFNS进行了实验测量,测量结果与传统的裂变碎片标识法及ENDF/B-VⅡ数据库的标准谱进行了比较,对新方法的裂变标识率以及实验不确定度也一并进行了分析.     

现代物理信息

 1.D_?⁺的新衰变道.第一次观测到D_?⁺→ηρ⁺,η¹ρ⁺,确定了D_?⁺→φρ⁺.这些衰变方式的分支比,比D_?⁺→φπ⁺要大.（CLEO collaboration,No.9）2.新的质子放射同位素.用300MeV的⁵³Ni离子轰击¹⁰⁶Cd靶,经质量分离而得最重的放射质子同位素¹⁶⁰Re与¹⁵⁶Ta.测到放出质子的能量、总寿命和质子分支比,对¹⁶⁰Re是1261±6KeV、790±160μs和（91±10）%,对¹⁵⁶Ta是1022±13KeV、165_-55⁺¹⁶⁵ms和～100%.（R.D.Page et al.,No.9）3.飞秒激光产生MeV级能量的X射线0.5TW、120fs Ti:兰宝石激光照射到固体靶上,当聚焦达10¹⁸W/cm²时,产生的等离子体会放出能量超过1MeV的X射线.产额随入射激光功率的3/2而上升.40mJ激光打靶,X射线能量在20Key以上的能量转换达0.3%,X射线的能谱符合1/E分布.     

北航沙河校区土壤中40 K、238 U、232 Th相对含量的实验测量

环境中天然伽马射线主要来源于⁴⁰K以及钍系、铀系和锕系.通过探测伽马射线来识别放射性核素并得到它们的相对含量,是核科学与核技术中的一个重要方法.利用高分辨的高纯锗探测器,北航以及国内部分高校已开设了鉴别环境中放射性核素的实验.在此基础上,本文进一步利用特征γ射线与递次衰变规律,对北航沙河校区土壤中的⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th的相对含量进行了测量,结果与普查数据一致.     

基于双核模型对准裂变产物质量分布的研究

在双核模型基础上引入一维的Kramers公式，计算了⁴⁸Ca+²⁴⁴Pu，⁴⁸Ca+²³⁸U和⁵⁸Fe+²³²Th这三个反应准裂变碎片的质量分布，得到了与实验比较符合的结果.同时提取出了碎片质量分布随时间的演化关系，为理解熔合与准裂变竞争过程提供了非常有用的信息.由于准裂变在重离子熔合反应中起着重要作用，理论计算与实验结果的比较是对现有熔合模型的重要检验. 关键词： 超重元素 熔合反应 准裂变产物 质量产额     

塑料闪烁光纤在高能中子辐照下质子分布特性的数值模拟

 利用Geant4系统模拟了在高能中子照射下,塑料闪烁光纤中产生的反冲质子的分布特性,分析了入射中子能量分别为2,4,6,8 MeV时,产生的反冲质子能量和方向分布,给出了反冲质子在不同方向上的能量分布。结果表明:向前和向后出射的质子分布不对称;反冲质子的能量在零与入射中子能量之间连续地分布;接近垂直入射方向产生的质子数较多;入射中子能量越高,产生质子数越少;反冲质子的出射角度越小,其能量越大,即沿着入射中子方向的反冲质子能量较大,垂直入射方向的反冲质子能量较小。     

现代物理信息

 1.发现新同位素⁶⁸Co、⁶⁹Co、⁶⁸Fe在热中子引起的²³⁹Pu裂变反应中,发现了丰中子同位素⁶⁹Co、⁶⁸Co及⁶⁸Fe,并测量了它们的产额和β衰变寿命.（M.Bernas et al.,1991 Vol.67 No.26）2.地球重力场对核自旋的耦合在两个自旋取向上,测量了¹⁹⁹Hg与²⁰¹Hg的核自旋精确频率相对于地球重力场的比率.发现重力能的自旋依赖成分小于2.2×10^-21eV.这结果提供了对核自旋等价原理的检验,并给出了可能的标量一鹰标量相互作用耦合到自旋上的极限.（B.J.Venema etal.,1992 Vol.68 No.2）