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基于白光中子源的γ全吸收型探测装置的性能测试

2021-03-12张奇玮栾广源郭明伟贺国珠阮锡超朱兴华

现代应用物理 2021年4期
关键词:测量实验

张奇玮,栾广源,郭明伟,2,贺国珠,阮锡超,邹 翀,朱兴华

(1. 中国原子能科学研究院 核数据重点实验室,北京102413;2. 兰州大学 核科学与技术学院,兰州730000; 3. 华能山东石岛湾核电有限公司,荣成264312)

中子俘获反应,即(n, γ)反应。在核天体物理研究中,利用(n, γ)反应截面计算宇宙中通过慢中子俘获过程(s过程)合成的核素丰度;(n, γ)反应截面也是先进核能研究的基础数据,数据精度直接影响快中子反应堆、钍-铀混合燃料反应堆和加速器驱动次临界系统等大科学装置的设计与建造。测量(n, γ)反应截面的方法分为瞬发γ测量法和缓发γ测量法(活化法)2种。目前,国内常用的是缓发γ测量法[1],只适用于俘获反应的基态核具有合适半衰期的核素,实验条件相对简单且数据精度高,但不能区分入射中子的能量,很难鉴别产物核相同而反应道不同的情况。20世纪60年代以来,国外发展出了基于飞行时间技术( time-of-flight method,TOF)的瞬发γ测量法,先后使用大体积液闪、Moxon-Rae、NaI(Tl)、BGO及C6D6等不同类型的探测器在白光中子源上测量(n, γ)反应截面。目前的主流技术分为2类,一类是KURRI,GELINA,CERN和ORELA[2-5]等实验室建造的C6D6探测系统,中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子源(Back-n)也建造了一套C6D6探测系统[6],测量稳定核素的(n, γ)反应截面;另一类是使用BaF2探测阵列,测量可裂变核素、放射性核素、微量样品核素和小截面核素的(n, γ)反应截面,例如德国FZK Karlsruhe的4πBaF2[7]、欧洲CERN 的TAC[8]和美国LANL的DANCE[9]都取得了一系列的高水平成果。

由于缺乏合适的白光中子源和探测装置,国内在千电子伏能区(n, γ)反应截面的实验数据方面几乎是空白,核数据的现状已成为制约我国核能发展研究的重要因素。……

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