ADS散裂靶相关核数据测量装置的建立及钨评价中子核数据的基准检验

发布时间：2017-05-24 09:02

  本文关键词：ADS散裂靶相关核数据测量装置的建立及钨评价中子核数据的基准检验，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核数据是核科学与工程应用的基础数据。加速器驱动次临界系统(ADS)散裂靶相关核数据主要包括质子、中子及轻带电粒子与散裂靶装置相关材料的反应总截面、出射中子及轻带电粒子的产额、能谱和角分布、反应产物质量和电荷分布等。散裂靶装置作为ADS系统的重要组成部分,研究与其相关的核数据具有重要的意义。ADS散裂靶相关核数据需求精度高、核素种类多、能量范围宽,不可能全能量范围内进行散裂反应实验测量。然而,可靠的理论计算在核数据评价工作中起着非常重要的作用。国际上很多实验室开展了散裂反应相关实验测量工作,为改进理论模型提供了宝贵的实验数据。本工作中,通过比较现有实验数据和散裂反应理论模型计算结果,发现不同理论模型计算结果之间,以及与实验数据之间仍存在着很大的分歧。需要更多的实验测量来检验、改进和完善散裂反应相关理论模型。本论文基于我国大科学实验装置兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR),设计和搭建了ADS散裂靶相关核数据实验测量装置,并且完成了首轮束流实验。该装置主要包括高真空金属薄膜束窗、远程控制换靶系统、探测器系统(束流监测探测器、中子飞行时间谱仪、轻带电粒子谱仪及伽玛探测器等)及电子学与数据获取系统。利用HIRFL-CSR提供的400 Me V/u的16O束流开展了ADS散裂靶关键材料Pb、W靶的实验,进行出射中子、伽玛及轻带电粒子测量。通过对实验数据细致地处理和分析,得到了中子及轻带电粒子的能谱、产额及角分布等相关物理量。利用GEANT4蒙特卡罗模拟程序及QMD理论模型进行理论计算,与实验数据进行了比较,符合良好。结果表明,该实验装置正常运行,实验方案准确可靠,在国内首次实现了加速器驱动的几Me V至几百Me V宽能量范围的白光中子能谱测量。钨具有高熔点(3410?C)、高热导率及良好的中子学性能等优点,被认为聚变混合堆、散裂中子源及ADS系统等核装置设计的关键材料。本论文开展了利用14.8 Me V中子基准检验ADS散裂靶关键材料钨的评价中子核数据的研究方法。实验上采用飞行时间法利用BC501A液体闪烁体中子探测器,测量了氘氚(D-T)聚变反应产生的14.8 Me V中子与钨相互作用后60?和120?方向的泄漏中子谱。利用MCNP程序输入国际各家中子评价核数据库的数据,模拟得到了相同实验条件下的泄漏中子谱。通过比较实验与模拟结果,检验了各个评价数据库的钨相关核数据的准确性。结果表明,ADS-2.0和ENDF/B-VII.1能够很好的再现实验数据,而ENDF/B-VII.0,JENDL-4.0和CENDL-3.1库模拟的结果与实验结果有一定的差别,尤其是8.5-13.5 Me V中子能区。该研究工作证明了D-T中子源积分实验系统工作正常,实验数据分析方法正确可靠。为ADS散裂靶设计提供了宝贵的钨中子评价核数据。
【关键词】：ADS散裂靶 散裂反应 核数据 实验测量装置 基准检验实验
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（近代物理研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 引言12-13
• 1.2 核数据13-14
• 1.3 ADS散裂靶相关核数据需求14-15
• 1.4 本论文研究目标、内容与结构15-17
• 第二章 散裂反应核模型17-31
• 2.1 散裂反应机制17-19
• 2.2 散裂反应理论模型19-21
• 2.2.1 核内级联过程的模拟19-20
• 2.2.2 余核退激过程的模拟20-21
• 2.3 蒙特卡罗模拟程序21-23
• 2.3.1 GEANT4模拟计算21-22
• 2.3.2 FLUKA模拟计算22-23
• 2.4 理论模型验证23-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 ADS散裂靶相关核数据实验测量装置31-62
• 3.1 国际上散裂反应相关实验调研31-36
• 3.2 兰州重离子加速器冷却储存环及PISA实验终端36-37
• 3.3 实验装置设计与结构37-38
• 3.4 电子学与数据获取系统38-40
• 3.4.1 硬件搭建38-39
• 3.4.2 软件设计39
• 3.4.3 性能测试39-40
• 3.5 中子飞行时间谱仪40-61
• 3.5.1 中子探测器性能测试与模拟41-54
• 3.5.2 中子探测技术54-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第四章 400 Me V/u 16O + natPb, natW实验62-86
• 4.1 实验测量62-66
• 4.1.1 实验布局62-63
• 4.1.2 电子学与数据获取63-66
• 4.2 实验数据处理66-84
• 4.2.1 束流拾取探测器的测量66-68
• 4.2.2 中子飞行时间谱仪的测量68-75
• 4.2.3 次级中子双微分截面75-77
• 4.2.4 轻带电粒子谱仪的测量77-81
• 4.2.5 次级带电粒子产额及角分布81-84
• 4.3 本章小结84-86
• 第五章 ADS散裂钨靶中子评价数据的检验86-107
• 5.1 钨中子评价微观数据的比较和分析86-88
• 5.2 钨中子评价数据的积分实验调研88-91
• 5.3 ADS散裂钨靶积分实验91-93
• 5.3.1 实验布局91-92
• 5.3.2 电子学与数据获取92-93
• 5.4 实验数据处理93-105
• 5.4.1 源中子产额计算93-94
• 5.4.2 中子探测器能量刻度及效率曲线94-95
• 5.4.3 中子飞行时间谱95-98
• 5.4.4 蒙特卡罗模拟98-100
• 5.4.5 中子能谱的比较及讨论100-105
• 5.5 本章小结105-107
• 第六章 总结与展望107-109
• 6.1 总结107-108
• 6.2 展望108-109
• 附录A MCNP输入文件109-111
• 参考文献111-120
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果120-121

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 夏佳文,詹文龙,魏宝文,原有进,宋明涛,张文志,杨晓东,赵红卫;兰州重离子冷却储存环工程[J];原子核物理评论;2001年01期

2 庄友祥,王记民;中高能核数据评价和建库国际概况[J];原子核物理评论;2002年04期

3 刘廷进;国际核数据库的发展和使用[J];核物理动态;1994年03期

4 唐国有,陈金象,施兆民;与核能有关的中子数据和核反应研究[J];核物理动态;1996年02期

5 言杰;刘荣;李澄;蒋励;鹿心鑫;朱通华;;Energy calibration of a BC501A liquid scintillator using a γ-γ coincidence technique[J];中国物理C;2010年07期

6 郭忠言，詹文龙，周建群，赵有雄，王金川，罗永锋，刘冠华，雷怀宏，张万生，祁中，林源根;RIBLL1终端实验装置[J];高能物理与核物理;1996年06期

7 袁涛,王晓宇,栗再新,陈志;核废物处理途径的探讨[J];科学技术与工程;2004年10期

8 ;关于加速器驱动次临界系统(ADS)研发促进我国核能可持续发展的建议[J];中国科学院院刊;2009年06期

9 席印印;宋玉收;陈志强;杨昆;张苏雅拉吐;刘星泉;;NE213闪烁体探测器中子探测效率模拟[J];原子核物理评论;2013年01期

10 欧立,刘敏,李祝霞,柳继锋;热核的热稳定曲线[J];高能物理与核物理;2004年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 靳增雪;轻带电粒子谱仪的研制与测试[D];中国科学院研究生院（近代物理研究所）;2014年

  本文关键词：ADS散裂靶相关核数据测量装置的建立及钨评价中子核数据的基准检验，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：390294