周斌 于全芝 胡志良 陈亮 张雪荧 梁天骄

1) (散裂中子源科学中心, 东莞 523803)

2) (中国科学院物理研究所, 北京 100190)

3) (中国科学院近代物理研究所, 兰州 730000)

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一, 准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.本文采用MCNPX, PHITS 与FLUKA 三种蒙特卡罗模拟程序, 计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献; 针对高能质子入射金属钨靶的能量沉积实验数据空白, 采用热释光探测器阵列测量了250 MeV 质子束入射厚钨靶的能量沉积分布, 实验结果表明蒙特卡罗模拟程序在散裂靶中能量沉积的计算结果具有较高的可靠性.

1 引 言

近年来, 我国先后启动了中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)项目[1],以及未来先进核裂变能-加速器驱动次临界系统(accelerator driven sub-critical system, ADS)项目[2].CSNS 项目采用1.6 GeV 的高能质子束流轰击钽包钨靶[3], 在靶上发生散裂反应并产生大量中子, 为中子散射及相关领域提供科学研究与实验平台; 在ADS 项目中, 高能质子轰击重金属靶, 为ADS 次临界反应堆提供持续中子外源.在散裂靶中, 高能质子主要通过与靶原子的激发电离过程,以及与靶核发生散裂反应过程损失能量.掌握高能质子在散裂靶中能量沉积的产生机制, 分析热量沉积的空间分布与瞬态变化, 是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.

目前, 高能质子束在散……