中子—核作用截面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量(DOC)

1、中子一核作用截面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量一、核數(shù)據(jù)庫(kù)1.1核數(shù)據(jù)庫(kù)介紹核數(shù)據(jù)是不可缺少的重要科學(xué)數(shù)據(jù)，在基礎(chǔ)科研、國(guó)防建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很 多方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前國(guó)際上許多核國(guó)家都十分重視核數(shù)據(jù)的測(cè) 量和評(píng)價(jià)工作。經(jīng)過(guò)幾十年的艱苦努力，相繼建立起并不斷完善的核數(shù)據(jù)庫(kù)。核數(shù)據(jù)庫(kù)可以分為兩大類，一類是核與其他核或射線發(fā)生相互作用的數(shù)據(jù)， 稱作核反應(yīng)數(shù)據(jù)；第二類是單個(gè)核的性質(zhì)的數(shù)據(jù)，稱作核結(jié)構(gòu)和放射性衰變數(shù)據(jù)。 對(duì)于中子核數(shù)據(jù)是核反應(yīng)數(shù)據(jù)的一部分， 此外光核反應(yīng)數(shù)據(jù)、帶電粒子反應(yīng)數(shù)據(jù) 都是核反應(yīng)數(shù)據(jù)。1.2核數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用領(lǐng)域早期核數(shù)據(jù)的運(yùn)用主要在核反應(yīng)裝置的應(yīng)用方面。隨著科技的發(fā)展，對(duì)核數(shù)據(jù)運(yùn)用領(lǐng)域也在不

2、斷擴(kuò)大，于此同時(shí)對(duì)核數(shù)據(jù)的全面以及精度要求越來(lái)越高。目前其運(yùn)用的領(lǐng)域主要有：（1）裂變、聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)；（2）加速器設(shè)計(jì)；（3）輻射防護(hù)設(shè)計(jì)；（4）核醫(yī)學(xué)；（5）地質(zhì)探測(cè)；（6）環(huán)境監(jiān)測(cè)；（7）核天體研究等等。對(duì)于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)而言，可以通過(guò)中子評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆的某些參 數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，如有效增值系數(shù)、相對(duì)功率分布等量，通過(guò)最終的模擬計(jì)算結(jié) 果來(lái)衡量設(shè)計(jì)的合適與否，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)各方面綜合最 優(yōu)化。1.3核數(shù)據(jù)獲取方法核數(shù)據(jù)獲取方法主要有兩種：實(shí)驗(yàn)測(cè)量法和理論計(jì)算法。實(shí)驗(yàn)法是目前核數(shù) 據(jù)的主要來(lái)源，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量具有一定的客觀性，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法存在各種問(wèn) 題：（1）核

3、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，實(shí)驗(yàn)工作量大；（2）實(shí)驗(yàn)費(fèi)用過(guò)高；（3）有許多實(shí)驗(yàn) 要求苛刻無(wú)法完成。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)方法存在一定的問(wèn)題，所以主要的數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)來(lái)完 成，次要的由理論計(jì)算完成。現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)可以滿足一些模擬計(jì)算的 需求，通過(guò)計(jì)算機(jī)可以省時(shí)、經(jīng)濟(jì)的完成一些數(shù)據(jù)的獲取。兩種方法之間，實(shí)驗(yàn)為主，理論計(jì)算為輔。實(shí)驗(yàn)方法離不開理論計(jì)算，理論 計(jì)算可以填補(bǔ)一些目前實(shí)驗(yàn)存在的空白， 還可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選取和評(píng)價(jià)。 對(duì) 模擬計(jì)算方法而言，其輸入的數(shù)據(jù)必須是已經(jīng)成熟的核數(shù)據(jù)， 而這些數(shù)據(jù)來(lái)源于 實(shí)驗(yàn)的測(cè)量，所以兩者缺一不可。1.4評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)庫(kù)1.4.1評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹實(shí)驗(yàn)測(cè)量與模擬計(jì)算都需要借助于已有的核數(shù)據(jù)，而這

4、些已有的數(shù)據(jù)之間存 在著一定的差別，如何更好的集中統(tǒng)一以及正確利用這些數(shù)據(jù)， 則形成了評(píng)價(jià)核 數(shù)據(jù)庫(kù)。核數(shù)據(jù)庫(kù)就是由核物理專家通過(guò)大量的編纂（收集、整理、鑒定、理論處理 等）和評(píng)價(jià)（分析、比較、鑒定和理論處理等）工作，甚至還需要通過(guò)一系列的 積分實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行比較來(lái)檢驗(yàn)這些數(shù)據(jù)的可靠性、自洽性與精確性，最后得到全套的數(shù)據(jù)存入庫(kù)中以方便用戶使用。1.4.2國(guó)際幾大核數(shù)據(jù)中心自上世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)際上先處理的4個(gè)核數(shù)據(jù)中心，并建立和發(fā)展了 各自的評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)，這四個(gè)分別是：國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的核數(shù)據(jù)科（IAEA-NDS、 美國(guó)國(guó)家核數(shù)據(jù)中心（NNDC歐共體核能數(shù)據(jù)中心（OECD俄羅斯

5、核數(shù)據(jù)中心（CJD。繼而，日、德、中國(guó)等國(guó)相繼建立了自己的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)。表1.1國(guó)際主要評(píng)價(jià)中子數(shù)據(jù)庫(kù)核數(shù)據(jù)中心中子評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)最新更新時(shí)間IAEA-NDSFENDL/E-2.02014中國(guó)CNDCCENDL-3.12009歐洲OECDJEFF-3.22014美國(guó)NNDCENDF/B-VII.12013日本JANDCJENDL-4.02012俄羅斯CJDBROND-2.220101.5核數(shù)據(jù)的獲取核數(shù)據(jù)的獲取一般主要有以下幾種：第一，查有關(guān)的核數(shù)據(jù)手冊(cè)，通常各大 評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)都會(huì)出版評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)冊(cè)，方便用戶查詢；第二，查詢相關(guān)的期刊，國(guó)際 上一些著名的期刊或者國(guó)際會(huì)議文集會(huì)收錄最新的核數(shù)據(jù)；第三，借助互

6、聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行檢索，大部分評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)都有自己專門的網(wǎng)站， 在這些網(wǎng)站不僅可以檢索到自 身的數(shù)據(jù)庫(kù)，還能獲取其他核數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。主要的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)址分 別如表1.2。表1.2主要評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)址核數(shù)據(jù)中心網(wǎng)址IAEA-NDS/美國(guó)NNDChttp:/www. nn dc.b /歐洲OECD/俄羅斯CJDhttp:/www.ippe.ob nin sk.ru/二、中子一核作用截面的實(shí)驗(yàn)方法2.1透射法透射法就是通過(guò)直接測(cè)量入射粒子經(jīng)過(guò)一定厚度的靶后的透射粒子的數(shù)目來(lái)計(jì)算中子與核作用的反應(yīng)

7、截面。2.1.1方法原理當(dāng)一束強(qiáng)度為 I。的中子打在厚度為t的樣品上，樣品中單位體積的核數(shù)目為N。因?yàn)橹凶优c樣品發(fā)生核反應(yīng)和彈性散射，造成中子在束流方向上強(qiáng)度衰減， 衰減的程度直接與中子的截面有關(guān)。如圖2.1，假設(shè)在樣品厚度為x處的，中子束的強(qiáng)度為I，在 x dx 處中子束的強(qiáng)度變?yōu)?I dl,所以dl應(yīng)該正比于x處，中 子束的強(qiáng)度為I和單位面積上的樣品核數(shù)目ndx,可以寫成：dl - iTLl_N_dx（2-1）上式，6 就是中子與樣品靶核作用的全截面。經(jīng)過(guò)厚度t的樣品后的中子強(qiáng)度I與初始中子的強(qiáng)度 I。之比可以定義為透射率，可以將公式2-1進(jìn)行積分，得：I. .T Nxe從而可以得到總截面

8、為:(2-3)由此，可以在已知的樣品的厚度和樣品中單位體積的核數(shù)目，用中子探測(cè)器在有樣品和無(wú)樣品兩種情況下對(duì)中子束進(jìn)行測(cè)量，來(lái)得到透射率，從而可以得到全截面的數(shù)值。(2-2)人_圖2.1中子束通過(guò)樣品衰減示意圖2.1.2實(shí)驗(yàn)條件圖2.2是利用全透射法測(cè)量全截面的典型幾何。在試驗(yàn)中，對(duì)中子源，樣品 和探測(cè)器的大小都有一定的要求。在中子源方面，要求中子束的強(qiáng)度具有穩(wěn)定性， 而且要就具有合適的入射中子的能量范圍。 原始的通過(guò)低能加速器來(lái)測(cè)量，但是 加速器狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定性較差，而且需要不斷調(diào)整中子的能量。但隨著其他加速器 的發(fā)展，使得產(chǎn)生白光源具有最佳的應(yīng)用價(jià)值。在樣品的大小和位置的選擇上， 使得探測(cè)器

9、的不能直接檢測(cè)到?jīng)]有通過(guò)樣品的中子，即為“好幾何”條件，在此 種情況下中子源與樣品距離 Li 和樣品與探測(cè)器距離L2的關(guān)系如下：圖2.2全截面測(cè)量的實(shí)驗(yàn)幾何2.1.3實(shí)驗(yàn)修正在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在著大量因素，影響著結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)一些主要的 影響因素需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚Ｖ饕枰拚囊蛩匾约靶拚椒ㄈ缦拢?）本底對(duì)于絕大部分實(shí)驗(yàn)，都存在著環(huán)境本底。在探測(cè)器周圍中或多或少的存在一 些的不是來(lái)自中子束的中子，這些中子會(huì)嚴(yán)重影響中子的準(zhǔn)確性， 所以減小環(huán)境 本底的影響是必要的。目前普遍采用的降低環(huán)境本底的方法是：選擇中子截面大的材料做成一個(gè)錐體,放在中子源與探測(cè)器之間，錐體的長(zhǎng)度要使得中子束通過(guò)

10、錐體的透射率為零。 關(guān)于擺放位置遵守的原則是中子源、樣品和探測(cè)器同軸，且樣品陰影正好遮住探 測(cè)器的前端面。這樣下，探測(cè)器探測(cè)到的僅是來(lái)自周圍環(huán)境物質(zhì)中散射的中子， 用 lb表示本底計(jì)數(shù)率，那D樣品D探測(cè)器D樣品兒2(2-4)中子源樣品探測(cè)器么實(shí)驗(yàn)測(cè)量到的透射率為：(2-5)2)內(nèi)散射探測(cè)器探測(cè)到的中子來(lái)自兩個(gè)部分，一是透射的中子，主要的；二是源中子與樣品核發(fā)生彈性碰撞并在零度角附近散射的中子，影響了中子透射率。而在實(shí)驗(yàn)上無(wú)法將散射出的中子區(qū)分開來(lái)，只能通過(guò)估算來(lái)修正，則內(nèi)散射的中子強(qiáng)度 為：上式中，Q :中子源在樣品方向的單位時(shí)間單位立體角內(nèi)發(fā)射的中子數(shù);二n,n(O):彈性散射在零度角附近的

11、微分截面;N:樣品中單位體積內(nèi)的核數(shù)目；a:樣品暴露在源中子的面積；上式假設(shè)的是樣品中不存在多次散射的可能, 的影響。3)多普勒效應(yīng)靶核的熱運(yùn)動(dòng)隨著溫度的增加而增強(qiáng)， 所以共振峰的寬度將隨著溫度的上升 而增加，同時(shí)峰值截面也逐漸減小，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。雖然溫度的變化， 共振截面峰值雖然發(fā)生變化，但是曲線下面的面積卻與溫度無(wú)關(guān)。 但是這不是意 味著共振吸收的中子數(shù)與介質(zhì)溫度無(wú)關(guān)。因?yàn)楸还舱裎盏闹凶訑?shù)一方面取決于 吸收截面的大小，另一方面，還與中子通量密度能譜分布有關(guān)，而當(dāng)溫度發(fā)生變 化時(shí)中子通量密度的能譜也發(fā)生變化。所以在中子截面測(cè)量的過(guò)程中，需要保持 溫度的穩(wěn)定性。通過(guò)以上的修正可以很

12、好的降低誤差，當(dāng)然也存在一些其他因素，如共振自 屏蔽效應(yīng)等。將修正的數(shù)值帶入式2-3中，可以得到修正后的全截面為:h 二 Q 右 exp(NtG)Nt 占二n,n(O)(2-6)就可以通過(guò)該式來(lái)估算內(nèi)散射“二丄 I n 丄NtTJ h (2-7)(Nt / (I|l_lb丿2.1.4運(yùn)用范圍在透射法中不需要考慮中子與樣品發(fā)生的核反應(yīng)，主要測(cè)量透過(guò)樣品后的中子數(shù)，所以該種方法只能運(yùn)用在中子與核反應(yīng)的總截面的測(cè)量上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要絕對(duì)測(cè)量中子的注量率，因而不需要絕對(duì)的去刻度探測(cè)器效率，僅需 要測(cè)量注量率的比值，所以測(cè)量精度比較高。目前該種方法技術(shù)比較成熟，絕大 部分的全截面數(shù)據(jù)都是通過(guò)該種

13、方法來(lái)測(cè)量的。2.2飛行時(shí)間法2.2.1方法原理目前沒(méi)有一種方法，可以直接測(cè)量中子的能量，但是可以通過(guò)測(cè)量中子的速度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。中子速度是通過(guò)測(cè)量中子穿過(guò)一定的距離l所需要的時(shí)間t來(lái)得到的，中子能 量為:E Jmv2-22 t如果中子能量在30Mev以下，則可以忽略相對(duì)論影響，而中子的質(zhì)量是一定 的，I可以直接測(cè)量出來(lái)，那么最終可以化簡(jiǎn)為:t =72.3八E2.2.2實(shí)驗(yàn)條件要想獲得中子的飛行時(shí)間，需要精確的測(cè)量中子的起飛時(shí)間和到達(dá)時(shí)間，到(J QexpNQJNt(0 ) lb(2-8)則:(2-9)(2-10)t口l達(dá)時(shí)間可以中子探測(cè)器直接給出， 起飛時(shí)間的確定方法有：伴隨粒子法、加速器

14、 脈沖調(diào)制法、雙閃爍體法等。伴隨粒子法是指隨著中子的產(chǎn)生， 在過(guò)程中伴隨著 產(chǎn)生一些帶電粒子或者丫射線，可以通過(guò)相對(duì)應(yīng)的探測(cè)器來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。223實(shí)驗(yàn)影響因素實(shí)驗(yàn)存在的各種影響因素很多，如環(huán)境本底、角分辨、樣品的幾何大小、刻 度等，在這里將不具體分析。在飛行時(shí)間法測(cè)量中子能量的時(shí)候， 能量分辨率是 飛行時(shí)間譜儀的重要衡量指標(biāo)，在這里能量分辨率由以下公式給出：(2-11)由上式可以看出，能量的不確定想來(lái)自三方面：一是飛行距離的不確定，它 是由中子源和探測(cè)器在中子飛行路徑上的長(zhǎng)度貢獻(xiàn)的；二是中子飛行時(shí)間的不確定性，它是來(lái)自于脈沖束寬度和探測(cè)器、 電子學(xué)系統(tǒng)定時(shí)帶來(lái)的不確定性； 第三 項(xiàng)是產(chǎn)生中子源反

15、應(yīng)的帶電粒子的能量不確定以及靶厚和中子初射角帶給中子 的能量分散，所以綜合起來(lái)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要盡量降低三方面的不確定性，這樣才能更好的保障飛行時(shí)間譜儀的能量分辨率。2.2.4運(yùn)用范圍微分截面是指單位時(shí)間內(nèi)入射到某立體角內(nèi)的粒子數(shù)，它包括彈性散射和非彈性散射和角分布，連續(xù)區(qū)中子能譜和角分布，它主要來(lái)自非彈性散射以及其他 的出射中子的反應(yīng)道。測(cè)量微分截面的實(shí)質(zhì)在于準(zhǔn)確的測(cè)量出射中子的能量、角 度和數(shù)目，其中關(guān)鍵的是能量，所以可以通過(guò)飛行時(shí)間法來(lái)測(cè)量中子的微分截面。 同樣對(duì)于其他的測(cè)量中子能量的也可以適當(dāng)選擇飛行時(shí)間法。2.3活化法2.3.1方法原理對(duì)于中子引起的反應(yīng) A(n,x)B 的截面測(cè)量，可

16、以利用探測(cè)器測(cè)量剩余核B的活度來(lái)給出B的數(shù)目，從而可以計(jì)算得到中子與樣品發(fā)生核作用的截面，這種方法稱為活化法，所測(cè)量的反應(yīng)截面也可以稱作活化截面。2.3.2實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)的過(guò)程一般可以分為兩步，首先將制成的樣品放在所需測(cè)量的中子場(chǎng)中 輻照，然后測(cè)量其產(chǎn)物核的活度。在這個(gè)過(guò)程中，活化截面的測(cè)量歸結(jié)于中子注 量的精確測(cè)量和產(chǎn)物核的絕對(duì)活度測(cè)量。 對(duì)于中子注量的測(cè)量可以利用絕對(duì)測(cè)量 或相對(duì)測(cè)量，絕對(duì)測(cè)量法有金活化片法、裂變電離室法、對(duì)應(yīng)的正比計(jì)數(shù)管法等， 而相對(duì)測(cè)量方法主要是伴隨粒子法。 對(duì)產(chǎn)物核的測(cè)量，目前高分辨率的高純鍺探 測(cè)器在產(chǎn)物核的鑒別和特征活性測(cè)量的準(zhǔn)確性方向都大大優(yōu)于其他方法，所以， 在

17、這類實(shí)驗(yàn)中被廣泛應(yīng)用。233實(shí)驗(yàn)修正1）與樣品大小相關(guān)的修正樣品的大小和厚度引起中子注量率在樣品中衰減、多次反應(yīng)所以要修正。此 項(xiàng)修正與樣品、幾何尺寸、中子能量有關(guān)，目前普遍采用的是M-C模擬計(jì)算修正。同時(shí)還有就是丫射線在樣品中自吸收問(wèn)題，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的修正方法是：測(cè)量通 過(guò)不同厚度的活性，繪制自吸收曲線，然后外推到零厚度得到此項(xiàng)修正系數(shù)。2）與中子源相關(guān)的修正理想的狀態(tài)下，希望樣品放在單能的中子場(chǎng)中輻照，但是因?yàn)槎喾N原因?qū)е?無(wú)法達(dá)到該目標(biāo)，主要存在的問(wèn)題有：A.源中子被靶材料以及周圍物質(zhì)散射， 有 可能打到輻照樣品上；B.帶電粒子與靶的阻止層或者氣體靶的窗發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生中 子反應(yīng)；C.在用反

18、應(yīng)中子源時(shí)，為反應(yīng)的氘會(huì)與沉積在靶的阻止層不同深度的氚 核發(fā)生作用產(chǎn)生中子，這些中子能量比較低；D.在8-13Mev中子能區(qū)，目前常用 的中子源都伴隨有來(lái)自破裂反應(yīng)的低能中子。對(duì)于不同的原因，有不同的修正方法，對(duì)于A原因主要利用的蒙特卡洛算法 計(jì)算進(jìn)行修正；對(duì)于因素B和C主要采用的是不含有中子物質(zhì)的靶核， 在其他條 件不變的情況下進(jìn)行測(cè)量作為本底值；對(duì)于因素D,需要進(jìn)行一定的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修 正，在必要的時(shí)候，需要實(shí)驗(yàn)測(cè)量樣品處中子能譜并對(duì)本底中子進(jìn)行修正。在許多情況下，也可以利用反應(yīng)生成的B粒子來(lái)確定產(chǎn)物核的數(shù)目，對(duì)于B粒子的探測(cè)，閃爍計(jì)數(shù)儀是普遍常用的裝置。2.3.4運(yùn)用范圍活化法的測(cè)量條件簡(jiǎn)單

19、、實(shí)驗(yàn)周期相對(duì)比較短、精度高，通過(guò)這種方法已經(jīng) 獲得大量的活化截面數(shù)據(jù)，為理論模型的檢驗(yàn)提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 但是這種 方法存在著一定的局限性的：第一，要求產(chǎn)生核必須具有放射性，便于探測(cè)器測(cè)量；第二，對(duì)于具有相同的產(chǎn)物核而不同的反應(yīng)道， 該種方法是不能分辨出來(lái)的 所以測(cè)量中子截面時(shí)要根據(jù)其局限性有選擇性的使用活化法三、實(shí)驗(yàn)實(shí)例一241Am（n,Y242mgAm截面3.1241Am(n,Y242mgAm反應(yīng)截面簡(jiǎn)述3.1.1241Am 衰變簡(jiǎn)述241Am發(fā)生中子俘獲反應(yīng)生成基態(tài)241mAm或者是激發(fā)態(tài)241gAm，其主要的衰變鏈如下圖3.1o3.1.2常用實(shí)驗(yàn)方法1）活化法241Am 俘獲中子

20、生成242m,gAm 后，在較短的時(shí)間內(nèi)，242gAm 很快衰變成出242gAm 的生成量。將剩余樣品保存數(shù)年，此時(shí)由242gAm 生成的242Cm已全部衰變成238Pu，而242mAm 通過(guò)遞次衰變生成242Cm，該衰變鏈處于長(zhǎng)期平衡，此時(shí)，樣品中的242Cm基本是來(lái)自于242mAm，這時(shí)再經(jīng)放化分離提純并測(cè)量樣品 的242Cm含量，即可推算出輻照結(jié)束時(shí)刻242mAm 的生成量。由先后兩次分別測(cè) 得的結(jié)果可計(jì)算反應(yīng)分支比。(432.2y)、242Cm，而242mAm 幾乎不衰變。這時(shí)稱取部分樣品，經(jīng)放化流程分離提純出242Cm （鋦），并用a能譜法測(cè)得242Cm的含量,再根據(jù)242gAm 的

21、衰變分支比推算23Pu(87.7y)圖3.1241Am 衰變鏈?zhǔn)疽鈭D中子能量大于1Mev的截面測(cè)量幾乎都是采用活化法，但是其測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、 要求中子源強(qiáng)度大、樣品用量多、依賴半衰期和衰變分支比的精確性。 當(dāng)樣品用 量較多時(shí)，會(huì)給樣品制備和處理帶來(lái)一些問(wèn)題， 所以除了熱中子能點(diǎn)以外，在其 它能點(diǎn)，由于中子源弱，難以采用活化法進(jìn)行。2）瞬發(fā)丫法已有的利用瞬發(fā)丫法測(cè)量技術(shù)中，主要使用的全吸收技術(shù)和總能量探測(cè)器技 術(shù)。全吸收技術(shù)的特點(diǎn)是所使用的探測(cè)器幾乎能100%吸收俘獲輻射的全部丫射 線。總能量探測(cè)器技術(shù)的特點(diǎn)是探測(cè)器對(duì) 丫射線的探測(cè)效率是與丫射線的能量成 正比。兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，全吸收型探測(cè)器采用

22、多晶體模塊構(gòu)成， 晶體材料為 無(wú)機(jī)閃爍體，具有良好的能量分辨特性，有效的扣除本底事件。該技術(shù)對(duì)測(cè)量高 放射性但樣品量少的同位素樣品而言是比較理想的選擇?？偰芰刻綔y(cè)器的材料通常為有機(jī)閃爍體能量分辨低，光電峰效率幾乎為零，因此本底分離很困難，需要 仔細(xì)考慮并扣除。只有當(dāng)同位素樣品的中子彈性散射截面要比俘獲截面大很多 時(shí)，該技術(shù)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)才比較明顯。 在這種情況下，來(lái)自樣品或周圍材料上產(chǎn)生 的大量散射中子進(jìn)入探測(cè)器后會(huì)產(chǎn)生很高的本底，甚至產(chǎn)生截面的共振結(jié)構(gòu)進(jìn)而 導(dǎo)致共振參數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確。3.1.3截面測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)檢索EXFO!數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量截面數(shù)據(jù)， 繪出不同的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù) 和不同實(shí)驗(yàn)的截面數(shù)據(jù)

23、圖，即圖3.2。同時(shí)對(duì)不同的權(quán)威的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí) 驗(yàn)方法等相關(guān)描述進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果見表3.1。EHDF R書建*咅卻七201-Jijun-J,?13 ：4fi ：20EKFOl% Kquest： 21.1ti/L, 20LI-Jun-1? 13：4i：13圖3.2241Am 中子俘獲評(píng)價(jià)截面數(shù)據(jù)和EXFOR實(shí)驗(yàn)測(cè)量截面對(duì)比圖表3.1241Am 中子俘獲EXFOR數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)情況能量范圍(eV)實(shí)驗(yàn)技術(shù)裝宜佼驗(yàn)室、方法探測(cè)器最小、戢大不確定度參考文獻(xiàn)9S4c-3-3.77e5Total EiieiyLinac/ORELANE226 Liq.5-7%Weston,d d. 37,detector,

24、TOFScintiJIator1976L.O10%Gaythicr, ct sd. JS,detector,TOFrank19771.04e+230e5Moxoii Riie+Van deMCMCIIRart-5%-10%Wisshak. ct al |25.neutron, /Graff/FZK,Liq. Scint1992disci iniinatiaiiTOFNE2156.86e-l1.50e5Total energyLiiiac/GELESTCfiDfi detector0 510%3%ViprflctLcl ?l.d殳.detector(Me甩TOF1985Leitmitzweigh

25、tiiig)2.002-3.455TotalLinac/LANSCBaF：510%Jam did., et al. 40sabsorptionE2008由圖3.2可以可看出不同的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)的截面數(shù)據(jù)存在著一定的誤差，同樣10-iO10wS10s- TEHDL-2012： RM 241(,)?1-242-EHDF/B-UI【.I： AM-241(H,C)ftM-242 JEFF-3.2： flM-241(H,GJAM-242FF-3al： AM-241 (H-22BROHD2.2:J祈*C)sil一 】l?0SF0HD-20ia：fiM-241( (HG)lm-242 CENDL-3.1AH-2

26、41(HeGAM342JEF-2.2： AM-24lXfLGMflk ERF-20LB：fiM-Z-lKC) hlHKS-fiCT：Jandvl Ueston Derrien Harada Letourneau10s10*510iO丄命 YID-AO4 Z0S8Y 19761975 42011200910三兒Q105Incident Energy MU)不同實(shí)驗(yàn)因?yàn)樗捎玫膶?shí)驗(yàn)裝備、 條件等差異導(dǎo)致最終測(cè)量數(shù)據(jù)差別很大。在表3.1中對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)采用的探測(cè)器都是閃爍體探測(cè)器，這個(gè)主要是因?yàn)殚W爍體探測(cè)器的探測(cè)效率比較高，可以準(zhǔn)確測(cè)定中子丫射線的強(qiáng)度。下文將針對(duì)2008年的Jan del實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)

27、要介紹。3.2Jandel實(shí)驗(yàn)321 DANCEDANCE坐落于Los Alamos （洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室）中子科學(xué)中心， 它由160個(gè)BaF2晶體組成一個(gè)4n幾何結(jié)構(gòu)，每一個(gè)晶體深15cm,體積約734cm3。該設(shè) 備利用大立體角可以準(zhǔn)確測(cè)量中子與241Am中子俘獲反應(yīng)釋放出的丫射線， 探測(cè) 效率大于95%同時(shí)利用BaF2晶體不怕潮解、折射率解決玻璃、使用方便存在， 時(shí)間分辨率高有利于飛行時(shí)間的測(cè)量。目前國(guó)際上的全吸收型4nBaF2晶體探測(cè)器有：DANCE(Los Alamos)、Karlsruhe 4nBaF2(德國(guó)的Institute f?r KernphysikHauptabteilu

28、ng Ingenieurtechnil實(shí)驗(yàn)室)、TAC(歐洲核子研究中心n_TOF上的)。圖3.3 DANCE探測(cè)器外部結(jié)構(gòu)圖圖3.4 TAC探測(cè)裝置322中子源實(shí)驗(yàn)中所用的中子源是利用的是實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)子加速器來(lái)完成的，其主要 產(chǎn)生過(guò)程示意圖見圖3.5。首先是質(zhì)子經(jīng)過(guò)質(zhì)子直線加速器的加速能量達(dá)到800Mev時(shí)候，轟擊鎢靶，發(fā)生散裂反應(yīng)，生成大量的中子，接著經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直 器作用產(chǎn)生具有良好方向性的中子源。在該裝置中可以根據(jù)需要，對(duì)快中子 進(jìn)行適當(dāng)慢化，慢化劑為睡。本實(shí)驗(yàn)中中子能量跨度比較大，為2.00 103.35 105ev。15 meters圖3.5中子源產(chǎn)生裝置示意圖3.2.3中子束監(jiān)測(cè)器在DANCE探測(cè)器上，中子束檢測(cè)器主要有三個(gè)，其信息主要如下表。WNRshuttercolhmationlung牝slowern