中子在大气中产生氮俘获γ的蒙特卡罗模拟研究

为了精确计算早期核辐射,建立了中子及次级γ在大气中输运的蒙特卡罗计算模型,并利用几何分裂算法与时间分裂算法等减方差技巧提高计算效率,计算得到了距源点不同距离球面上中子与中子次级γ的信息,给出了不同位置不同时间的氮俘获γ能量释放率。开展了氮俘获γ能量释放率的规律性研究,并分析了中子能量对氮俘获γ的影响。结果表明,氮俘获γ能量释放率先随源点的距离增加而增大,在距源点约500 m达到峰值,而后随距离增加指数衰减。氮俘获γ能量释放率在时间上服从指数衰减规律,衰减时间在0.1 s左右。引入表征氮俘获γ辐射强度参数a和特征衰减时间参数τ,拟合得到了不同距离不同时间氮俘获γ能量释放率的快速计算公式。研究表明,氮俘获γ辐射强度、衰减时间及其空间分布均与中子能量密切相关。     

无损检测用15MeV电子直线加速器主束内光中子剂量的测量与MC模拟计算

通过实验和模拟计算研究了无损检测用15MeV电子直线加速器X射线主束内的中子剂量. 加速器采用了铜复合靶和钨加含硼聚乙烯的屏蔽结构, 能够有效地减少光中子的产生, 中子产额在1/1000n/γ以下. 但由于主束内光子剂量很大, 中子的绝对强度也不容忽视. 针对加速器周围强X射线脉冲辐射场的特点, 采用了被 动型的中子剂量测量方法, 加速器正常工作情况下, 使用CR-39片和双电离室测量了等中心处中子对X射线的剂量当量比率, 分别为0.19mSv/Gy X-ray和0.060mSv/Gy X-ray. 利用MCNP5模拟计算了实验相应点的中子对X射线的剂量当量比率, 为0.092mSv/Gy X-ray, 与实验测量结果在数量级上一致. 加速器主射束上D_n/D_γ<1/1000,小于辐射防护标准对中子泄漏剂量的规定值, 从而验证了屏蔽结构的安全性.     

197Au中子辐射俘获过程中γ射线强度函数与能谱研究

文章假定在复合核首次和级联γ退激过程中，除包含巨偶极共振模式外，还存在^6He,^6Li,^6Be,^7Li和^7Be等粒子集团的激发态的退激过程，并据此建立了包括这些过程的γ射线强度函数，计算了入射中子能量在0．01－3MeV能区的中子辐射俘获反应：197Au(n,γ）的反应截面和γ能谱，得到了与实验数据较好符合的结果，特别是，很好地解释了γ能谱中5．5MeV之后的反常突起。     

氘结合能的测量

介绍了以Ｄ－Ｄ密封中子发生器中为子源，利用质子俘获慢中子发射γ射线的核反应＾１Ｈ（ｎ，γ（）＾２Ｈ，用通用ＮａＩ（Ｔｉ）闪烁γ谱仪测量γ射线能量来确定氘结合能。实验结果与公认值相符合．     

中重核中子辐射俘获γ射线强度函数研究

假设退激过程中除包含巨偶极共振模式外还存在⁶He,⁶Li,⁶Be,⁷Li和⁷Be等粒子集团激发态的退激过程.本文对这一物理假定作了进一步分析.利用据此建立的包括这些过程在内的γ射线强度函数,计算了在核素⁹³Nb,¹⁸¹Ta和天然元素Ag上入射中子能量在0.01—5MeV能区以及在核素¹⁹⁷Au上入射中子能量在0.01—10MeV能区的中子辐射俘获反应截面和γ能谱,得到了与实验数据较好符合的结果.特别是可以较好地解释γ能谱中5.5MeV之后的反常突起.这表明,上述物理假定适用于中重核中子辐射俘获反应.     

模拟炸药装置内中子能量与时间变化

在NS-200加速器的脉冲D-T中子源条件下，研究中子源位于装置外时、装置内不同空间位置的能量随时间的变化关系。脉冲运行频率是6MHz，周期为166．6ns。源中子脉冲的宽度为5～6ns。新设计的靶室既有伴随α粒子监测，又能引出与中子脉冲周期相同的零信号。零信号是用感应的方法产生的，FAST MPA-3多参数数据获取系统用于测量时间一能量二维谱。(n，γ)分辨是采用脉冲形状甄别法实现的。Na-22单能γ射线源作为探测器的能量刻度用源。     

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。     

207Rn能级结构的实验研究

利用能量为85—95MeV的^0束流，通过^196Pt(^160，5n)^207Rn反应布居了^207Rn的高自旋态。实验进行了γ射线的激发函数、γ射线的单谱、衰变谱和γ—γ—t符合测量。建立了由17条γ射线组成的^207Rn能级纲图，并且基于实验测量的DC0系数建议了各能级的自旋值。用一个人f5/2价中子空穴与^207Rn核芯耦合定性地解释了^207Rn的低位激发态。     

NaI(Tl)探测器对23.8MeV γ射线的效率刻度方法

低能D(d,γ)~4He辐射俘获反应截面的研究在聚变领域和天体物理等领域中起到非常重要的作用。由于受到标准γ源能量的制约,在研究D(d,γ)~4He反应产生的23.8 MeV高能γ射线产额实验过程中不能用标准源进行效率刻度。采用实验测量与计算相结合的方法实现NaI(Tl)探测器对23.8 MeVγ射线的效率刻度是比较成熟可靠的。针对高能γ射线的产额低、本底大的情况,实验采用一个大型NaI(Tl)反康谱仪进行测量,以提高探测效率。NaI(Tl)探测器的效率,独特地采用了包括全能峰、单逃逸峰和双逃逸峰在内的效率来计算,经MCNP-4C程序模拟计算,结合实验测量的19F(p,αγ)~(16)O反应产生的6.13 MeVγ射线探测效率推算出该NaI(Tl)探测器在23.8 MeV的效率为(2.23±0.34)‰。该方法对研究高能γ射线效率刻度具有重要的参考价值。     

Xe54+离子与Xe原子碰撞过程中的辐射电子俘获及退激发辐射的理论研究

基于多组态Dirac-Fock理论方法和冲量近似, 对Xe⁵⁴⁺与Xe在197 MeV/u碰撞能量下, 炮弹离子的俘获及退激发过程进行了理论研究. 计算了炮弹离子从中性靶原子俘获一个电子到nl (n=1, 2, 3, 4, 5; l=s, p, d) 轨道上的辐射电子俘获截面和相应的辐射光子能量, 以及俘获末态退激发辐射跃迁的能量和概率. 结合这些计算结果, 进一步模拟了碰撞产生的炮弹离子的退激发X射线谱的结构, 并与兰州重离子加速器装置上的最新实验观测结果进行了比较, 符合得很好.     

主动法探测炸药成分实验

军控核查中，炸药的探测难度较大。在实验中利用^252Cf中子源辐照不同质量件和不同组合的模拟炸药半球（图1），采用高纯锗γ探测器探测由中子与^1H，^12C，^16O和^14N核素发生（n，γ）俘获反应产生的γ射线来探测炸药成分。     

197Au中子辐射俘获过程中γ射线强度函数与能谱研究

文章假定在复合核首次和级联γ退激过程中,除包含巨偶极共振模式外,还存在⁶He,⁶Li,⁶Be,⁷Li和⁷Be等粒子集团的激发态的退激过程,并据此建立了包括这些过程的γ射线强度函数,计算了入射中子能量在0.01—3MeV能区的中子辐射俘获反应:¹⁹⁷Au(n,γ)的反应截面和γ能谱,得到了与实验数据较好符合的结果.特别是,很好地解释了γ能谱中5.5MeV之后的反常突起.     

一维贫铀/聚乙烯交替系统中D-T中子诱发的~(232)Th(n,γ)反应率的测定与分析

开展了钍样品装置内钍核参数的积分中子学基础研究.参考混合堆概念设计搭建了内部放置了钍样品的一维贫铀/聚乙烯交替系统装置,采用加速器D-T中子源模拟聚变堆芯,利用前期开发的离线伽马测量方法测定了不同位置、不同中子谱情况下的232Th(n,γ)反应率,不确定度约为5%.结果显示,聚乙烯对14.1 MeV中子的慢化作用可有效提升钍俘获率,且贫铀对钍俘获率也有显著提升作用.实验结果与主流核数据库计算结果的对比显示,ENDF/B-VI.6和JENDL-3.3数据库的计算值比实验值平均约大6%,而较新的ENDF/B-VII.0数据库的计算值比实验值平均约大4%.因此,相比于之前数据库的钍核数据,ENDF/B-VII.0的计算值与实验结果匹配得较好,可作为相关概念设计的推荐核数据库.     

天然核素Ta和In的快中子俘获截面测量

本工作测量了Ta和In在0.34—1.68MeV能区的中子俘获截面.实验中使用大液体闪烁探测器测量瞬发俘获γ辐射,用长中子计数器监测中子能量.为了降低测量中的本底采用了快符合电路和飞行时间技术.截面测量为相对测量,以金的俘获截面作为标准.最后对结果进行了比较和讨论.     

Gamma全吸收型BaF2探测装置中子屏蔽体与吸收体的研究

中国原子能科学研究院已经建造完成了我国第一套全吸收型BaF₂探测装置,采用瞬发γ测量法,精确测量中子俘获反应截面。中子源是利用HI-13串列加速器产生的脉冲化质子束,通过7Li(p, n)7Be反应建立。为了有效降低周围环境材料和探测器产生的散射中子本底,约束中子束流的形状,使用MCNP程序模拟设计了屏蔽体,采用含硼聚乙烯(B₄C质量分数为5%)包裹5 cm铅的方案,以及准直器采用平行孔的方案。该设计使样品处的中子束斑平整均匀,直径约为2 cm,束斑外的中子注量降低5个数量级,γ注量降低3个数量级。同时设计了中子吸收体(外半径为10 cm,厚度为7 cm)用于吸收待测样品产生的散射中子。MCNP和GEANT4程序的模拟结果表明:选择含硼聚乙烯(10B₄C质量分数为10%)作为中子吸收体的加工材料,其中子吸收率达到了80%,并设置1 MeV的能量加和阈,能够满足在线测量中子俘获反应截面的实验要求。     

基于HI-13串列加速器的中子俘获反应截面测量方法

利用BaF₂晶体对γ射线探测效率高、时间分辨率好的特点,研制了国内首套由40个BaF₂探测器单元组成的γ全吸收型探测装置,用于在线测量中子俘获反应截面。在HI-13串列加速器上建立250～850 keV的中子源,其0°角的源强约为5.09×10⁶ n/（Sr·s）,使用γ全吸收型探测装置,通过瞬发γ射线法测量了⁹³Nb、¹⁹⁷Au、^natC和空样品的实验数据。根据BaF₂探测器信号的特征,采用了基线补偿、软件阈值设置、时间窗限定、脉冲幅度积分增长率设置和快慢成分比设置等多种数字化波形分析方法,剔除噪声信号以提高效应本底比。以¹⁹⁷Au样品数据为标准,^natC样品数据为样品相关性本底,空样品数据为样品无关性本底,采用相对测量法得到了⁹³Nb的中子俘获反应截面实验数据。通过与ENDF评价库数据的比较,验证了测量装置和技术方法的可行性。     

12C快中子辐射俘获反应中的共振现象

主要研究中子辐射俘获反应中的共振现象,利用DSD模型计算激发能量在5—25MeV能区的¹²C(n,γ0)反应截面与E_n=9MeV时的角分布.所考虑的反应机制包括复合核俘获、直接和半直接俘获、复弹性和非弹性散射道的辐射俘获.计算表明,矮共振的峰值在激发能量为13MeV处;巨共振的峰值位置在激发能量21MeV处.计算结果与实验符合较好.     

BGO高能γ探测器性能测定与效率模拟

实验测定了两套新制作的φ75×100 BGO高能γ探测器的能量分辨与时间分辨,根据BGO晶体中Ge的热中子俘获所释放的2条高能γ射线对γ能谱作能量刻度.模拟计算了4—30MeV能量区间BGOγ探测器的全能峰效率、单逃逸率与双逃逸率,计算了入射γ光子在0—30MeV区间均匀分布时BGO探测器的实际计数响应与计数效率随γ光子能量的变化,分析了γ光子在探测介质中的能损向下延展造成的能谱扭曲.     

180≤A≤210核区快中子诱发γ产生机制的巨偶极共振模型研究

在180≤A≤210核质量区研究快中子诱发γ射线产生机制中与巨偶极共振模型相关的问题,包括(n,γ)反应与(n?,n′γ)反应中级联γ退激过程γ射线强度函数的差异和(n,γ)反应中直接–半直接辐射俘获与复合核统计过程反应截面之比随入射能量、核质量数和核壳层的变化规律.据此,中子入射能量选在1—20MeV,给出了¹⁸¹Ta及¹⁹⁷Au和²⁰⁸Pb的理论计算结果及与实验数据的比较,并对结果进行了分析和讨论.     

基于核物理虚拟仿真实验平台的γ能谱测量

利用核物理虚拟仿真实验平台,开展了γ能谱测量实验,标定了γ谱的能量刻度.实验测量了~(137)Cs和~(60)Co的背散射峰能量,实现了对未知射线能谱的测定,验证了能量与峰位道址的线性关系.基于虚拟仿真实验平台的核物理实验,灵活多变,操作性强,学生可自主设计实验.