中子俘获截面的实验测量和蒙特卡罗修正

论文摘要

中子俘获反应是中子核反应的重要组成部分，是核结构和元素形成理论所关心的问题。快中子俘获截面是核反应理论、核科学工程设计及天体中元素合成研究所需要的重要参数。铕、钼和钴是反应堆结构材料和包层材料的重要组成元素，在反应堆中子的照射下，可发生151EU（n，γ）152m，gEu，153Eu（n，γ）154Eu，98Mo（n，γ）99Mo，59Co（n，γ）60Co反应，这些反应均可生成长半衰期的放射性核素，其中前4个反应道的截面值均属国际原子能机构1988年提出的十六个急需测量的活化截面。因此，准确测量它们的中子俘获截面对合理处理使用过的堆材料以避免其造成放射性污染具有重要意义。另外，砷近年来已成为半导体工业中一种重要材料，它与金属镓合成的半导体材料由于抵抗外层空间辐射的能力比较强，常被用于卫星等航空器上。由于宇宙射线中也含有相当数量的中子，可与75As发生75As（n，γ）76As反应，所以，准确测量其中子俘获截面对于理论设计和实验研究来说也是非常必要的。上述反应道的已有实验数据很少，而且有些存在较大分歧。因此，为获得准确的截面数据，我们以197Au为标准截面，在29-1100keV能区，用活化法测量了75As（n，γ）76As，98Mo（n，γ）99Mo，59Co（n，γ）60Co，151EU（n，γ）152m，gEu，153Eu（n，γ）154Eu反应的截面值。实验在静电加速器上进行，利用7Li（p，n）7Be反应产生22—230keV能区中子，T（p，n）3He产生215—1100keV能区中子作为中子源。靶头用压缩空气或水冷却。辐照过程中，将包装好的样品固定在样品架的不同位置上，以获得不同能量的照射中子。中子通量变化用一个长中子计数管来监视。在距靶头1.8m处放置一个与其它样品相同的样品同时辐照，以便消除实验大厅散射中子本底影响。样品照射后生成的产物核的特征γ射线，用经过精确刻度的高纯锗探测器进行测量。实验过程中，中子经过水层和包层材料时会产生散射效应，使最终打到样品上的中子既有直射中子又有散射中子。打到样品上的中子，由于样品的自屏蔽效应使中子的注量率随入射深度发生变化。这两种效应均会对实验结果产生影响。通过实验手段只可能降低上述效应的影响，但是不可能完全去除。通常的做法是用蒙特卡罗方法来对上述效应进行修正。因此我们用MCNP程序，根据实验条件，对实验结果进行了修正。我们还分别对修正因子随不同水层厚度和不同靶管厚度的变化情况做了研究，为以后实验中材料尺寸的选取提供了理论依据。最后，将我们所得数据与现有其它家数据进行了比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 截面定义及测量中子俘获截面的意义
• 75As（N.Γ）⁷⁶As,⁹⁸Mo（N,Γ）⁹⁸Mo,⁵⁹Co（N.Γ）⁶⁰Co,¹⁵¹EU（N,Γ）^152M,BEU,¹⁵³EU（N.Γ）¹⁵⁴EU反应截面的重要性及现有数据情况'>1.2⁷⁵As（N.Γ）⁷⁶As,⁹⁸Mo（N,Γ）⁹⁸Mo,⁵⁹Co（N.Γ）⁶⁰Co,¹⁵¹EU（N,Γ）^152M,BEU,¹⁵³EU（N.Γ）¹⁵⁴EU反应截面的重要性及现有数据情况
• 1.3 对多次散射及自屏蔽效应的修正及其他影响因素的模拟计算的意义
• 1.4 采用蒙特卡罗方法解决上述问题的可行性
• 1.5 本论文的结构安排及各章主要内容
• 第二章 实验
• 2.1 实验方案的选择
• 2.2 样品上机实验
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 加速器简介
• 2.2.2.1 2.5MeV静电加速器简介
• 2.2.2.2 4.5MoV静电加速器简介
• 2.2.3 靶头材料制备
• 2.2.4 样品制备
• 2.2.5 辐照条件
• 2.2.6.中子通量监测
• 2.2.6.1 长计数器工作原理
• 2.2.6.2 用长计数器对中子通量进行监测
• 2.2.7.特征γ射线的测量
• 2.2.7.1 Ge（Li）探测器系统组成
• 2.2.7.2 Ge（Li）探测器的工作原理
• 2.2.7.3 Ge（Li）能量刻度及效率刻度
• 2.2.7.4 γ射线测量
• 2.2.8 实验步骤
• 第三章 数据处理
• 3.1 数据计算式
• 75As（N,Γ）⁷⁶As反应截面测量结果'>3.2⁷⁵As（N,Γ）⁷⁶As反应截面测量结果
• 3.2.1 误差分析
• 98MO（N,Γ）⁹⁹MO反应截面测量结果'>3.3⁹⁸MO（N,Γ）⁹⁹MO反应截面测量结果
• 3.3.1 误差分析
• 59CO（N.Γ）⁵⁰CO反应截面测量结果'>3.4⁵⁹CO（N.Γ）⁵⁰CO反应截面测量结果
• 3.4.1 误差分析
• 151EU（N.Γ）^152M,aEU,¹⁵³EU（N.Γ）EU反应截面测量结果'>3.5¹⁵¹EU（N.Γ）^152M,aEU,¹⁵³EU（N.Γ）EU反应截面测量结果
• 3.5.1 误差分析
• 第四章 蒙特卡罗方法概述
• 4.1 什么是蒙特卡罗方法
• 4.2 蒙特卡罗的基本思想及原理
• 4.2.1 基本思想
• 4.2.2 一般原理
• 4.3 蒙特卡罗方法与计算机
• 4.4 蒙特卡罗解题的一般步骤
• 4.4.1 构造或描述概率过程
• 4.4.2 实现从已知分布抽样
• 4.4.3 建立各种估计量
• 4.5 蒙特卡罗方法的收敛性和误差估计
• 4.5.1 蒙特卡罗方法的收敛性
• 4.5.2 蒙特卡罗方法的收敛速度
• 4.5.3 蒙特卡罗方法的误差
• 4.6 减小方差的各种技巧
• 4.7 蒙特卡罗方法的特点
• 4.7.1 收敛速度与问题维数无关
• 4.7.2 受问题的条件限制的影Ⅱ向小
• 4.7.3 程序结构简单
• 4.8 蒙特卡罗方法的局限性
• 4.9 现有蒙特卡罗程序简介
• 第五章 MCNP程序简介
• 5.1 MCNP程序概述
• 5.2 MCNP程序的发展
• 5.3 MCNP程序的主要功能
• 5.4 MCNP程序的主要特点
• 5.5 MCNP程序的运行环境
• 5.6 MCNP输入、输出文件简介
• 5.6.1 INP输入文件
• 5.6.2 输出文件
• 5.6.2.1 程序调试过程的记录信息
• 5.6.2.2 程序运行过程的记录信息
• 5.6.3 转储文件
• 第六章 用MCNP 4C程序对实验中的中子多次散射效应及样品自屏蔽效应的修正
• 6.1 中子源描述
• 6.2 几何栅元描述
• 6.3 计数方式描述
• 6.4 计算方法描述
• 6.4.1 计算多次散射修正因子S
• 6.4.2 计算注量率衰减因子D
• 6.5 修正结果
• 6.6 计算不同冷却水层和靶管厚度对多次散射修正因子的影响
• 6.6.1 不同冷却水层对多次散射修正因子的影响
• 6.6.2 不同靶管厚度对多次散射修正因子的影响
• 第七章 结果分析与比较
• 第八章、本文总结及后续工作
• 参考文献
• 发表论文:
• 参与项目:
• 所获奖励:
• 致谢