非平衡态Ti-H等离子体发射光谱的双温度诊断研究

单次脉冲工作的真空弧离子源,采用金属钛吸附氢形成的Ti-H固溶体作阴极,生成的等离子体同时包含金属钛和氢的成分,且在径向、横向以及时间尺度上都存在梯度,整个体系处于非平衡状态,不能用一个统一的温度来描述。假设由电子组成的子系统和由其他重粒子组成的子系统分别达到平衡,即Ti-H等离子体由电子温度和重粒子温度两个温度来描述,为双温度等离子体。采用Culdberg-Waage解离方程和Saha电离方程分别对系统中的分子解离和原子电离过程进行描述,结合等离子体电荷准中性条件,同时引入原子发射光谱这一无干扰的等离子体诊断方法,对Ti-H等离子体的温度和粒子数密度进行诊断。在MATLAB环境下,同时考虑金属Ti原子和一价Ti离子的电离,计算结果显示:根据谱线的斯塔克展宽确定的电子密度进行计算,除重粒子温度和氢气分子的数密度之外,其他的参数均可得到较准确的诊断结果;电子密度数值的准确性对计算结果有很大的影响;如果能够在计算之前确定重粒子温度,则可对Ti-H等离子体的温度和粒子数密度进行准确的定量分析。     

真空电弧离子源Ti(H)等离子体原子发射光谱分析的初步研究

作为一种常用的等离子体诊断方法,原子发射光谱法具有非侵入、在线诊断、时空分辨等优点,在等离子体诊断领域得到了广泛的应用。作为一种单次脉冲离子源,真空弧离子源具有结构紧凑、工作压强低、束流大和可以随时开始工作等其他类型的离子源所无法比拟的优点,在离子源研究和应用领域受到了极大的关注。为了研究真空弧离子源的放电过程,对其放电生成等离子体的特性进行详细描述,并为进一步的离子源研究和改进奠定基础,采用原子发射光谱法对其放电生成等离子体的参数进行诊断。本文结合原子发射光谱的斯塔克(Stark)展宽和Saha-Boltzmann方程,发展了两种针对光谱仪采集到的发射光谱数据的处理方法,可对等离子体的电子温度、电子密度、离子温度以及热运动状态进行诊断。对阴极为Ti(H)材料时真空弧离子源放电生成的等离子体,分别采用这两种方法对其进行了诊断,对诊断结果的有效性进行了判断。此外,还对光谱采集过程中,实验室背景辐射对诊断结果的影响进行了讨论。     

中子学实验近期进展

文章作者采用核活化法和核裂变法实验研究了加速器D-T中子、D-D中子以及~(252)Cf自发裂变中子在纯水泥体上的反射中子,获得了反射中子引起的6种高阈能活化箔的活化反应率以及~(235)U(包镉)和~(238)U裂变反应率.采用反冲质子法测量了4种厚度(4.5,9,18,27cm)聚乙烯板的角度中子谱.获得了聚乙烯铁铍组合壳体内距装置中心0,9.7,12.8和17.3cm 4个位置1MeV以上的中子能谱.采用铝核素标准截面相对测量法,获得了~(175)Lu、~(89)Y核素的(n,2n)反应截面.文章还分析了实验的不确定度.     

D-D中子源中子反射实验

根据检验计算方法和参数的需要，开展D-D中子源水泥材料反射中子实验研究。实验中，通过对直穿透射中予以及水泥反射体反射中子引发^235U（包镉）和^238U裂变率的测量，得到在不同测量点上反射体对中子的反射系数。由于反射中子注量率通常较弱，因此采用固体核径迹法进行裂变率测量。     

条纹相机在真空弧离子源等离子体诊断中的应用

针对真空弧离子源,利用条纹相机将时间轴信息转换为空间轴信息的特点,结合光谱仪分光功能,建立了一套高时间分辨与光谱分辨能力的发射光谱诊断装置,其时间分辨率和光谱分辨率分别可达26ps与0.1nm。利用该诊断装置采集获得了单次脉冲内等离子体的时间演化特性;同时,基于局域热力学平衡等离子体的发射光谱理论,建立了一套谱线拟合的等离子体温度与密度计算模型。相比传统的Boltzmann斜率法与Stark展宽法需要寻找孤立的不受附近谱线叠加的干净线状光谱,建立的拟合光谱模型可以直接处理多条谱线因为展宽效应而叠加形成的光谱线型,计算得到等离子体中电子温度与电子密度。结果表明,在脉冲功率源的作用下,真空弧放电等离子体的电子温度与电子密度分别可达1eV与3.5×1024 m-3。     

Measurement and analysis of the 238U(n, 2n) reactionrate in depleted uranium/polyethylene shells

In order to check the conceptual design of the subcritical blanket in a fusion-fission hybrid reactor, a depleted uranium/polyethylene simulation device with alternate shells has been established. The measurement of the ²³⁸U(n, 2n) reaction rate was carried out using an activation technique, by measuring the 208 keVγ rays emitted from ²³⁷U. The self-absorption of depleted uranium foils with different thicknesses was experimentally corrected. The distribution of the ²³⁸U(n, 2n) reaction rate at 90° to the incident D⁺ beam was obtained, with uncertainty between 5.3% and 6.0%. The experiment was analyzed using MCNP5 code with the ENDF/BVI library, and the calculated results are all about 5% higher than the measured results.     

用于中子测量的俘获探测器研究

为了在弱中子场和有限小空间内测量绝对裂变率, 制作了俘获探测器, 研究了俘获探测器的性能。 介绍了用于中子测量的俘获探测器和铅屏蔽室, 以及该探测器系统在特定条件下测量裂变反应率的结果, 并与裂变室测量结果进行了比较。 探讨了铅屏蔽室大小对测量结果的影响。 To detect the absolute neutron flux in a weak neutron field and restricted space, the fission fragment trapping detector was fabricated and the properties of the detector were studied. In this paper, the detector and shielding chamber used in neutron detection were described and the experimental measurements of the fission rate in specific condition were performed with the detection system and the result has been compared with that obtained by fission chamber. The influence of the shielding chamber on the measured results was analyzed.     

D-T中子与平板型聚乙烯材料作用的次级中子角度谱实验研究

基于反冲质子法建立了一种测量D-T中子与平板型宏观样品作用的次级中子角度谱的实验方法.为保证探测器的能量线性并在较低的中子有效测量下阈(0.5 MeV)情况下获得好的中子-伽马射线甄别性能,采用高、低能段分别测量的方法.采用事件记录法,同时记录了次级中子和伴随伽马射线的脉冲形状甄别和脉冲幅度二维信息,利用基于ROOT数据分析平台编写的离线数据分析程序,完成了伴随伽马射线的挑选和扣除,以及高、低两能段反冲质子谱的拼接,并成功的将神经网络技术应用于中子能谱的解谱,获得了D-T中子与9和18 cm厚平板型聚乙烯材料作用的0.5-15 MeV的次级中子角度谱实验结果.实验模型的MC模拟由MCNP5完成,数据库采用ENDF-VI,实验结果和MC计算结果在实验不确定度范围内一致. 关键词： D-T中子 积分中子学 反冲质子法 次级中子能谱     

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.     

固体径迹火花自动计数器效率标定

采用固体径迹法并结合火花自动计数器读径迹数的方式测量弱中子场中的中子引发铀产生的裂变碎片，以此得到中子引发铀产生的裂变率。要获得绝对裂变率，需标定固体径迹火花自动计数器效率。