基于CSNS白光中子源的全截面测量技术研究
发布时间：2021-03-10 05:15
中子全截面是核数据的基本量,它是中子与原子核相互作用概率的总和。中子全截面测量提供了关于原子核及其成分的内部结构的基本信息,在核科学和技术的相关发展和应用中起着重要的作用。基于中国散裂中子源（CSNS）反角白光中子源（Back-n）,建立了中子全截面测量谱仪样机（NTOX）。NTOX以Back-n作为中子源,中子源中子能量从1eV到200MeV,中子飞行距离约为76m。中子源的打靶质子束流模式为时间间隔410ns的双束团模式,每个束团宽度为41ns。NTOX以多层快裂变室作为探测器,探测器主要以235U和238U作为探测单元。NTOX还包含了电子学系统,数据采集系统和换样装置。本论文利用NTOX在Back-n上通过多层快裂变室开展了碳和铝的全截面测量技术研究,了解了核反应堆设计常用核素的全截面数据评估现状,验证了 NTOX的可靠性,并且获得了相应的裂变计数-中子能谱、透射率及全截面值。本论文通过CERN开发的数据处理程序ROOT进行了数据处理与分析。利用飞行时间法通过235U（n,f）共振峰拟合标定了飞行距离,进行能量刻度获得了 1eV-200MeV能量区间的有样/无样裂变计数-中子能...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１反角白光中子源及实验终端的布局—??
?基于ＣＳＮＳ白光中子源的全截面测量技术研宄???石墨和铝的全截面测量。石墨和铝样品的厚度分别为９．２６１ｃｍ和２０．５２７ｃｍ，原子面密度??分别为?ｌ．〇４４８ａｔ／ｂ?和?１．２３４９ａｔ／ｂ。??图１．２是Ｆｉｎｌａｙ等人测量全截面的实验几何布局。其中，Ｃ１，＇Ｃ７是准直器，ＳＭ??是偏转磁铁（使束线中的带电粒子偏转），Ｍ是中子束流监测器，Ｓ是样品位置，Ｄ是??中子探测器，Ｄ前面有个带电粒子计数器Ｖ。准直器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３的直径都是６．３５ｃｍ，Ｃ６??的直径是８．９ｃｍ。Ｃ４的直径为１．９ｃｍ，长度是２ｍ，用来定义打在样品上的中子束斑大??校Ｃ５的直径为１．９ｃｍ，Ｃ７的直径是６．３５ｃｍ。Ｃ５和Ｃ７被９１ｃｍ长的钢管套在一起。??换样装置前后的偏转磁铁将带电粒子从中子飞行路径中移出，杜绝了带电粒子对实验的??影响。在样品后的飞行路径上产生的带电粒子会被带电粒子计数器Ｖ探测，测量结果??会被作为束内时间相关本底的衡量依据之一。Ｍ作为中子束流检测器被用来对测量的中??子能谱进行归一。换样装置Ｓ可以在几秒内改变样品位置，测量时换样装置被设置为２０ｓ??更换一次样品。测量所用探测器为闪烁体探测器ＢＣ４０４。：Ｆｍｌａｙ等人先利用蒙特卡洛模??拟计算预测了在３７ｍ处中子束斑为７．４?ｃｍｘ７．?４?ｃｍ，在３８．５ｍ处的束斑大小为７．５４?ｃｍ??ｘ７．６７ｃｍ。因此，ＢＣ４０４的尺寸被定为长宽８．９ｃｍｘ８．９ｃｍ，厚１．２７ｃｍ。中子能谱由飞??行时间法得到，并且利用碳的共振峰标定了飞行距离，为３８．１４ｍ左右。??！?孤???Ｊ?????Ｍ＿＿????２０Ｏ？ｉ？ｉ???［＃？０■?￣??．
?基于ＣＳＮＳ白光中子源的全截面测量技术研究???Ｌ?Ｉ?？?ｔＡＷＬ、??２?０?１?Ｉ?？?Ｆｒａｎｘ?？ｌ??？?１??？?Ｉ：??１??ｔＴ?，?？?Ｍ??＇Ｔｙ?＼??！?Ｘ??０６?ｈ?Ｘ．?－４??００?ｒ?，?ａ?ｉ?１?ｔ?‘?‘?‘」??１０?Ｖ｝?１００?ｓｏｏ??Ｅｎｅｒｇｙ?（ＭｅＶ）??图１．３碳全截面实验结果Ｍ??图１．４是铝及其它核素的全截面测量结果。对于铝样品，密度测量的不确定度小于??５％，部分能点的全截面不确定度为０．２％？０．５％，整体不确定度都小于１％。另外，从图??中可以看出，全截面曲线最突出的特征是峰和谷作为是中子能量Ｅ和核素质量数Ａ的??函数的系统行为，这有时被称作冉绍尔－汤森效应。另一个明显的特征是随着Ｅ和Ａ的??增加，尖锐的核共振消失。另外，很明显的是，在介子产生阈值附近的全截面没有任何??大的变化。所有核素的全横截面在３００?ＭｅＶ附近都缓慢增加，这是因为产生了介子。??对于原子核中子数Ｎ＞质子数Ｚ的核素，会増加得更快一些。??图１．４铝等核素全截面实验结果丨９丨??２０００年，Ｗ．?Ｐ．?Ａｂｆａｌｔｅｒｅｒ等人＿也在ＷＮＲ靶－４实验区４ＦＰ３０Ｌ中子束线上完成了??天然碳及其它核素的全截面测量。两种尺寸的石墨样品直径分别为２．５４０ｃｍ和２．５４２ｃｍ，??１／ｎｌ分别为２．５４８ｂ／ｍｏｌ和１．２７３ｂ／ｍｏｌ。中子探测器是ＮＥ２１３液闪探测器。图１．５是碳全??截面测量结果。将其与Ｌｉｓｏｗｓｋｉ等人的结果进行比较，发现共振区吻合良好，说明他们??的测量方式是可靠的。整个能区的中子统计不确定度都好于２％。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]CSNS反角白光中子实验终端本底及中子准直系统模拟计算[J]. 任杰,阮锡超,唐洪庆,葛智刚,黄翰雄,敬罕涛,唐靖宇,黄蔚玲. 核技术. 2014(10)
[2]先进裂变核能的关键核数据测量和CSNS白光中子源[J]. 唐靖宇,敬罕涛,夏海鸿,唐洪庆,张闯,周祖英,阮锡超,张奇玮,杨征. 原子能科学技术. 2013(07)
[3]中国散裂中子源（CSNS）——多学科应用的大科学平台[J]. 张杰. 中国科学院院刊. 2006(05)
本文编号：3074115
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１反角白光中子源及实验终端的布局—??
?基于ＣＳＮＳ白光中子源的全截面测量技术研宄???石墨和铝的全截面测量。石墨和铝样品的厚度分别为９．２６１ｃｍ和２０．５２７ｃｍ，原子面密度??分别为?ｌ．〇４４８ａｔ／ｂ?和?１．２３４９ａｔ／ｂ。??图１．２是Ｆｉｎｌａｙ等人测量全截面的实验几何布局。其中，Ｃ１，＇Ｃ７是准直器，ＳＭ??是偏转磁铁（使束线中的带电粒子偏转），Ｍ是中子束流监测器，Ｓ是样品位置，Ｄ是??中子探测器，Ｄ前面有个带电粒子计数器Ｖ。准直器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３的直径都是６．３５ｃｍ，Ｃ６??的直径是８．９ｃｍ。Ｃ４的直径为１．９ｃｍ，长度是２ｍ，用来定义打在样品上的中子束斑大??校Ｃ５的直径为１．９ｃｍ，Ｃ７的直径是６．３５ｃｍ。Ｃ５和Ｃ７被９１ｃｍ长的钢管套在一起。??换样装置前后的偏转磁铁将带电粒子从中子飞行路径中移出，杜绝了带电粒子对实验的??影响。在样品后的飞行路径上产生的带电粒子会被带电粒子计数器Ｖ探测，测量结果??会被作为束内时间相关本底的衡量依据之一。Ｍ作为中子束流检测器被用来对测量的中??子能谱进行归一。换样装置Ｓ可以在几秒内改变样品位置，测量时换样装置被设置为２０ｓ??更换一次样品。测量所用探测器为闪烁体探测器ＢＣ４０４。：Ｆｍｌａｙ等人先利用蒙特卡洛模??拟计算预测了在３７ｍ处中子束斑为７．４?ｃｍｘ７．?４?ｃｍ，在３８．５ｍ处的束斑大小为７．５４?ｃｍ??ｘ７．６７ｃｍ。因此，ＢＣ４０４的尺寸被定为长宽８．９ｃｍｘ８．９ｃｍ，厚１．２７ｃｍ。中子能谱由飞??行时间法得到，并且利用碳的共振峰标定了飞行距离，为３８．１４ｍ左右。??！?孤???Ｊ?????Ｍ＿＿????２０Ｏ？ｉ？ｉ???［＃？０■?￣??．
?基于ＣＳＮＳ白光中子源的全截面测量技术研究???Ｌ?Ｉ?？?ｔＡＷＬ、??２?０?１?Ｉ?？?Ｆｒａｎｘ?？ｌ??？?１??？?Ｉ：??１??ｔＴ?，?？?Ｍ??＇Ｔｙ?＼??！?Ｘ??０６?ｈ?Ｘ．?－４??００?ｒ?，?ａ?ｉ?１?ｔ?‘?‘?‘」??１０?Ｖ｝?１００?ｓｏｏ??Ｅｎｅｒｇｙ?（ＭｅＶ）??图１．３碳全截面实验结果Ｍ??图１．４是铝及其它核素的全截面测量结果。对于铝样品，密度测量的不确定度小于??５％，部分能点的全截面不确定度为０．２％？０．５％，整体不确定度都小于１％。另外，从图??中可以看出，全截面曲线最突出的特征是峰和谷作为是中子能量Ｅ和核素质量数Ａ的??函数的系统行为，这有时被称作冉绍尔－汤森效应。另一个明显的特征是随着Ｅ和Ａ的??增加，尖锐的核共振消失。另外，很明显的是，在介子产生阈值附近的全截面没有任何??大的变化。所有核素的全横截面在３００?ＭｅＶ附近都缓慢增加，这是因为产生了介子。??对于原子核中子数Ｎ＞质子数Ｚ的核素，会増加得更快一些。??图１．４铝等核素全截面实验结果丨９丨??２０００年，Ｗ．?Ｐ．?Ａｂｆａｌｔｅｒｅｒ等人＿也在ＷＮＲ靶－４实验区４ＦＰ３０Ｌ中子束线上完成了??天然碳及其它核素的全截面测量。两种尺寸的石墨样品直径分别为２．５４０ｃｍ和２．５４２ｃｍ，??１／ｎｌ分别为２．５４８ｂ／ｍｏｌ和１．２７３ｂ／ｍｏｌ。中子探测器是ＮＥ２１３液闪探测器。图１．５是碳全??截面测量结果。将其与Ｌｉｓｏｗｓｋｉ等人的结果进行比较，发现共振区吻合良好，说明他们??的测量方式是可靠的。整个能区的中子统计不确定度都好于２％。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]CSNS反角白光中子实验终端本底及中子准直系统模拟计算[J]. 任杰,阮锡超,唐洪庆,葛智刚,黄翰雄,敬罕涛,唐靖宇,黄蔚玲. 核技术. 2014(10)
[2]先进裂变核能的关键核数据测量和CSNS白光中子源[J]. 唐靖宇,敬罕涛,夏海鸿,唐洪庆,张闯,周祖英,阮锡超,张奇玮,杨征. 原子能科学技术. 2013(07)
[3]中国散裂中子源（CSNS）——多学科应用的大科学平台[J]. 张杰. 中国科学院院刊. 2006(05)
本文编号：3074115
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