中子诱发232Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究

随着第四代反应堆以及先进核能利用系统的发展,对中子核数据提出了高精度、多核素、宽能区的新要求.目前,中国核数据评价库(CENDL库)中相关核裂变的数据较缺失,不足以满足当前核能发展的需求.因此,建立面向中子核数据需求的可靠计算方法和工具变得极为重要.本文基于Monte-Carlo方法建立了裂变碎片质量动能计算模型,研究了中低能中子诱发²³²Th(n,f)反应发射中子前裂变碎片的分布特性.对于裂变碎片质量分布,本模型计算结果与实验值最大偏差约1%,与GEF, TALYS程序计算结果 (与实验值最大偏差约2%)相比具有一定优势.对于发射中子前裂变碎片动能分布,本模型计算结果与实验数据一致.结果表明,所发展的计算模型能够较好地预测²³²Th(n,f)反应发射中子前裂变碎片数据,为中子诱发锕系核裂变反应计算提供一种新思路.     

核科学百年讲座第三讲核 能与核武器

核能有两个最具影响的应用：一是它的和平利用——核电(第四讲介绍)，另一是它的军事应用——核武器．文章将介绍核能和核武器基本原理以及核燃料生产方法．首先简要介绍核裂变能与聚变能；然后比较详细地说明原子弹的基本原理，包括中子增殖、自持裂变链式反应条件、临界质量和两种形式原子弹的结构原理等，对于氢弹、中子弹的原理仅作简单介绍；最后，对核燃料的生产：铀同位素分离和钚—239的反应堆生产作了原理性的介绍。     

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。     

减速剂与受控链式反应

 重核的裂变开辟了丰富的核能资源。然而裂变却泾渭分明地表现为过程与效果截然迥异的两种方式,且唯有受控裂变以链式反应的方式进行,核能才得以用于生产和科研而造福人类。为此目的,“减速剂”发挥着必不可缺的关键性作用。那么,在这一过程中减速剂到底是如何发挥其作用,而人们又是根据什么原则来选用它的呢? 一、减速剂的作用原理与机制 核弹以极纯的U-235为核燃料,达到“临界体积”（58厘米³,1.083千克）的铀块是借助于俘获宇宙线中源自恒星热核聚变的（或铀块中自发裂变产生的）中子的“点火”而触发快速链式反应的。但反应堆不能使用纯U-235,因其临界体积太小,裂变不能控制,故只能使用天然铀或浓缩铀（分别含0.715％和5％以上的U-235）,以使临界体积极大地增大,才能达到施加控制、实现核能的缓慢释放的目的。     

核能存储及释放的新机制

 1938年,德国科学家奥托·哈恩等人发现铀裂变现象1939年8月2日,爱因斯坦在写给美国总统罗斯福的信中指出铀裂变可能导致新型重要能源的产生和武器的建造,由此导致了1942年美国研制原子弹的“曼哈顿”计划和1945年7月16日在美国新墨西哥州的沙漠里进行的世界上第一颗原子弹试验,从而使得核能成为可供利用的主要能源之一。通常所说的核能包括原子核的裂变能和聚变能。裂变能是重原子核通过裂变而释放的能量而聚变能是由两个轻原子核聚合成一个较重核而释放能量。除了核武器外,裂变能主要用于发电,目前世界的核电已达总电量的16%。     

Hobson文科物理教材选载⑥——核武器

译者说明:这次选登的是原书讨论核武器的几节,摘自原书的第16章.这一章介绍核能和释放核能的两种方法:聚变和裂变.它从聚变开始,第16.1节介绍氢的聚变,它是太阳辐射能的来源.第16.2节介绍核能曲线,在这条曲线上,核子的平均核能两头高,中间(在铁附近)低,这使核能在原则上能够通过裂变和聚变两种方法释放.     

弱源引发持续裂变链统计涨落现象

裂变材料系统中，中子源尤其是弱强度中子源释放中子的时刻是随机性的，系统中中子与原子核相互作用的随机性，使得从中子源放出中子时刻开始的中子裂变链的初期发展过程具有显著的统计涨落性质，对于稍微超(瞬发)临界的系统往往仅有少部分裂变链才能够持续发展下去，成为持续裂变链。CFBR-Ⅱ快中子脉冲堆在超瞬发临界状态下，由很弱的内源引发持续裂变链，并在反馈机制的作用下形成中子脉冲，其脉冲出现时刻(称为引发时间)表现出随机性，正是这种统计涨落现象的反映。针对CFBR-Ⅱ堆这种统计涨落现象进行实验和理论两方面的研究，得到一些初步结果。     

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-T中子诱发贫化铀球壳内裂变率分布实验

中子诱发裂变反应率是表征和检验中子在材料中的输运、裂变放能等过程的重要物理量.贫化铀球壳裂变反应率径向分布数据,可为铀核数据宏观检验及研究裂变放能与贫化铀球壳厚度的关系提供数据支持.本文设计了内径为13.1 cm,外径分别为18.10,19.40,23.35,25.40,28.45 cm的五种不同厚度的贫化铀球壳组合装置;利用位于球壳中心的氘氚中子源轰击贫化铀球壳装置,中子产额约为3×10~(10)—4×10~(10)s~(-1);在"赤道"平面与入射氘束成45°方向测量裂变反应率随径向分布的情况.为了克服裂变室和俘获探测器等自身对模型和中子场的扰动,本文选择与装置材料相同的贫化铀材料作为活化探测器,以活化探测器中的裂变碎片143Ce发射的γ射线作为测量对象,通过HPGe探测器测量的γ射线数,基于~(143)Ce裂变产额数据反推裂变反应率.通过实验获得了贫化铀球壳内的裂变率及其径向分布规律,裂变反应率和相对标准不确定度分别位于5.28×10~(-29)—7.58×10~(-28)之间和6%—11%之间.基于蒙特卡罗程序和ENDF/BVI.8数据库完成了模拟计算,并与实验结果进行了对比分析,两者在不确定度范围内一致.     

能量放大器——加速器驱动反应堆获得干净核能的新思路

 不久前,西欧核子中心主任、诺贝尔奖金获得者鲁比亚（C.Rubbia）领导的一个小组从高能物理实验中常用的量能器概念出发,提出了一个提供干净核能的新概念:利用高能强流质子加速器（能量0.8-1.5GeV,平均流强～7mA）产生的高能质子束,在物质中形成核级联过程而产生大量的中子,天然钍(²³²Th)俘获中子而转变为裂变元素²³³U,²³³U又裂变产生中子维持链式反应,他们将这个装置称为能量放大器,装置启动后,裂变元素在天然钍中的比例很快可以达到相对稳定,形成一个长期稳定的能量产出,装置运行于次临界状态和相当低的中子通量下(～10¹⁴cm^-2·s^-1)以确保增值过程的稳定持续和设备无临界危险。     

广岛长崎原子弹爆炸的回顾与反思

 1945年8月6日,美国一架B-29战略轰炸机在日本广岛上空投下了第一颗原子弹,8月9日又在长崎投下第二颗原子弹,至今已整整60年了。原子弹的使用尽管迫使日本于1945年8月15日宣布无条件投降,结束了第二次世界大战。但是并未为人类赢得永久的和平,相反地却把世界带进了原子战争的时代,笼罩在广岛长崎上空的原子弹烟云,绵延到整个世界,核武器从此开始威胁全人类。一、原子弹的物理基础原子弹是利用原子核裂变反应瞬时释放巨大能量的核武器。其基本原理是:铀235、钚239等重核在中子轰击下发生裂变反应,这一过程同时放出2～3个中子和200MeV的能量（相当于3.2×10¹¹焦耳）。     

裂变中子角关联分布的数值模拟

为了实现对自发裂变中子源能量、多重性和中子角关联分布的数值模拟,开发了根据裂变过程,逐步给出裂变中子多重性、能量和角分布等参数的NESF数值模拟程序,并将该程序集成到现有中子输运软件中.重点介绍我们开发的用于模拟自发裂变中子源能量、多重性和中子角关联分布的程序的背景、物理依据、程序流程,以及基于该程序开展的中子角关联分布特征与核部件特征关联的数值模拟.     

CiADS中LBE散裂靶的放射性核素研究

铅铋合金(LBE)作为中国加速器驱动系统(CiADS)散裂靶的候选材料,长期辐照使其具有很强的放射性。散裂靶放射性核素的研究仅考虑了质子束的散裂反应,而忽略了反应堆裂变中子的活化作用。本文采用FLUKA和MCNP耦合计算LBE和及其结构件的放射性产物。比较了裂变中子和高能质子在放射性产物的活度、主要放射性核素、毒性和衰变光子等方面的贡献。裂变中子的活化作用对主壳、导管和射束管有显著影响。当反应堆趋于临界状态时,裂变中子对LBE的活化作用是高于质子束流的。在LBE中,96.66%的 210Po是由裂变中子诱导的。这些结果表明,裂变中子在LBE及其结构部件的活化计算中是必不可少的。此外,本研究为CiADS的辐射防护提供了参考数据,也为ADS系统中散裂靶的放射性核素研究提供了更准确的方法。     

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     

基于支持向量机的~(252)Cf中子裂变信号时频特征分析及识别

基于裂变中子(252Cf)对裂变链(235U系统)依存关系,在对252Cf中子裂变信号的测量原理及信号特点分析基础上,开展了基于支持向量机的中子裂变信号时频特征分析及识别研究工作。采用小波分解和去噪小波包分解方法,提取不同状态下随机核信号的时频能量特征,借助于统计学习理论的支持向量机(SVM)分类器原理进行训练和分类。研究结果表明:通过直接小波分解或去噪小波包分解,以获取核信号特征的方法是有效的;去噪小波包分解特征提取方式,较之直接小波分解特征提取方式更能反映中子裂变核系统的内部特征和规律;基于SVM核信号样本的分类,训练后的SVM分类器有着大于70%以上的正确率,且较好地克服了训练样本数较少的问题,验证了方法的可行性和有效性。     

U~(235)及Pu~(239)裂变中子能谱的测量

利用核-3乳胶测量了热中子引起U~(235)及Pu~(239)裂变中子能谱。结果如下:(1)Pu~(239)裂变中子能谱显著地较U~(235)裂变中子能谱为硬。其平均能量分别为:_(Pu)=1.989±0.024兆电子伏;_u=1.867±0.015兆电子伏。(2)在 2-3兆电子伏区域,发现有一个曲折,表明可能存在着能谱上的某种“结构”现象。     

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.     

四个新的丰中子稀土同位素的鉴别

四个新的丰中子裂变产物核已经在布鲁克海文国家实验室在线质量分离器TRISTAN上鉴别出来。测出它们的半衰期是:~(156)Pm,T_(1/2)=28.2±1.1秒;~(159)Sm,T_(1/2)=15±2秒;~(160)_(1/2)Sm,T=8.7±1.4秒;~(161)Eu,T_(1/2)=27±3秒。这些核在核合成的计算中是特别重要的,因为它们位于稀土区域,在这个区域,由γ过程(快速中子俘获过程)形成最大的丰度值。通过对这些核的半衰期与最近计算的别的新核的半衰期的比较,揭示出理论结果与实验结果之间的偏差的系统学特征。     

符合计数在钚的属性测量中的应用研究

钚等易裂变材料每次裂变放出的中子数硼艮从高斯分布。裂变中，这v个中子基本上是同时放出的，因此每次裂变放出的中子会表现出时间相关性。普通的中子发射体发出的中子的时间分布是随机的。由于中子在裂变材料中的增殖，通过总中子计数无法确定裂变次数和推出未知样品中等效钚的质量。符合计数可以记录两个中子“同时”被探测的事件，它比总中子计数多了一个测量参数，因而可以较全面反应钚的裂变属性。