熱中子俘獲反應(yīng)對(duì)相應(yīng)的快中子(n，2n)反應(yīng)截面測(cè)量的影響

袁書卿， 宋月麗， 田明麗， 李 勇， 周豐群

(平頂山學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院， 河南 平頂山 467000 )

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熱中子俘獲反應(yīng)對(duì)相應(yīng)的快中子(n，2n)反應(yīng)截面測(cè)量的影響

袁書卿， 宋月麗， 田明麗， 李 勇， 周豐群*

(平頂山學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院， 河南 平頂山 467000 )

以14 MeV快中子引起的52Cr(n， 2n)51Cr反應(yīng)截面的測(cè)量為例，研究熱中子俘獲反應(yīng)對(duì)相應(yīng)的快中子(n，2n)反應(yīng)截面測(cè)量的影響.為比較熱中子俘獲反應(yīng)50Cr(n， γ)51Cr對(duì)相應(yīng)的快中子52Cr(n， 2n)51Cr反應(yīng)截面測(cè)量的影響，在對(duì)樣品包鎘和不包鎘兩種情況下，分別測(cè)量了14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反應(yīng)截面.單能中子用T(d， n)4He反應(yīng)獲得，中子通量用監(jiān)督反應(yīng)93Nb(n， 2n)92mNb測(cè)量，而中子能量通過93Nb(n， 2n)92mNb和90Zr(n， 2n)89m+gZr截面比法測(cè)定.將本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與盡可能收集到的其它作者發(fā)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較.

熱中子俘獲反應(yīng)； 快中子(n，2n)反應(yīng)； 截面； 活化法

1實(shí)驗(yàn)過程

反應(yīng)產(chǎn)物的γ放射性用國(guó)產(chǎn)CH8403同軸高純鍺γ譜儀測(cè)量，相對(duì)效率為20%，對(duì)1.33 MeV γ射線的能量分辨率為3 keV.對(duì)探測(cè)器的γ探測(cè)效率進(jìn)行了精確刻度[15]：把美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局生產(chǎn)的SRM4275(Standard Reference Material 4275)型標(biāo)準(zhǔn)源放在距離高純鍺晶體20 cm處，進(jìn)行該處的絕對(duì)效率刻度，得出絕對(duì)刻度曲線.由于在實(shí)際測(cè)量時(shí)，樣品放在距離晶體2 cm處，所以用一組單能源分別在20 cm和2 cm處分別測(cè)出這兩個(gè)位置各條γ射線的效率比，然后從這組不同能量的效率比和上述20 cm的絕對(duì)效率刻度曲線，計(jì)算出2 cm處的絕對(duì)效率刻度曲線.標(biāo)準(zhǔn)源的誤差小于1%，在2 cm處所定的效率誤差小于1.5%.被測(cè)剩余核的半衰期，γ射線的能量和強(qiáng)度，以及靶核的豐度列于表1中，這些數(shù)據(jù)取自文獻(xiàn)[16].在計(jì)算γ放射性活度時(shí)，對(duì)中子注量率的波動(dòng)、γ射線在樣品中的自吸收、測(cè)量幾何，以及級(jí)聯(lián)γ的符合效應(yīng)等進(jìn)行了校正.

表1 本實(shí)驗(yàn)中活化產(chǎn)物的相關(guān)數(shù)據(jù)Tab.1 Decay data of the activation products used in the measurements．

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

反應(yīng)截面的計(jì)算公式為[17]：

其中， 下標(biāo)“X”和“0”分別表示待測(cè)鉻樣品和鈮監(jiān)督片的值.式中ε為所測(cè)的特征γ射線全能峰效率；Iγ為特征γ射線的強(qiáng)度；η為所測(cè)核素的豐度；S=1-e-λT表示剩余核的生長(zhǎng)因子(T是總的照射時(shí)間)；λ為衰變常數(shù)；M為樣品質(zhì)量；D=e-λt1-e-λt2為測(cè)量收集因子(t1是從照射結(jié)束到測(cè)量開始的時(shí)間間隔，t2是從照射結(jié)束到測(cè)量結(jié)束的時(shí)間間隔)；A為樣品元素的原子量；C為實(shí)測(cè)的全能峰面積；F為總的γ活度校正因子，主要包括γ射線在樣品中的自吸收校正、級(jí)聯(lián)γ符合效應(yīng)校正和幾何校正等；K為中子注量率波動(dòng)校正因子，其表達(dá)式為

式中，l是將照射時(shí)間分成的段數(shù)；Ti為第i段結(jié)束到全部照射結(jié)束之間的時(shí)間間隔；Δti為第i段的時(shí)間間隔；Φi是在Δti時(shí)間內(nèi)入射到樣品上的平均中子通量；Φ是在全部照射時(shí)間內(nèi)入射到樣品上的平均中子通量.

52Cr(n，2n)51Cr反應(yīng)截面的測(cè)量結(jié)果列在表2中.為了便于比較，在表2中還列出了查到的有關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果[1-13].93Nb(n， 2n)92mNb反應(yīng)的截面值是根據(jù)文獻(xiàn)[18]所給出的推薦值，用最小二乘法擬合出來的.本工作的主要誤差來源有：計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)誤差，標(biāo)準(zhǔn)截面誤差，探測(cè)效率，樣品質(zhì)量，γ射線的自吸收、測(cè)量幾何以及能散中子的影響等.

表2 52Cr(n，2n)51Cr的反應(yīng)截面Tab.2 Summing of the cross sections of the 52Cr(n， 2n)51Cr reaction

注:*表示樣品包鎘的測(cè)量結(jié)果.

從表2可以看出，在照射過程中對(duì)樣品進(jìn)行包鎘處理與不包鎘處理所測(cè)得的52Cr(n，2n)51Cr反應(yīng)的截面值差別較大.在中子能量為13.5±0.2 MeV，14.1±0.1 MeV，14.4±0.2 MeV和14.6±0.2 MeV四個(gè)能量點(diǎn)，不包鎘比包鎘的截面值分別偏高約2%，15%，12%和20%.這主要是由于包鎘時(shí)消除了熱中子引發(fā)的50Cr (n，γ)51Cr反應(yīng)對(duì)52Cr(n，2n)51Cr反應(yīng)截面的影響.在誤差范圍內(nèi)，未包鎘處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[5，8]的結(jié)果一致，與文獻(xiàn)[9-10]中的個(gè)別能量點(diǎn)結(jié)果也一致.包鎘處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[3]的數(shù)據(jù)一致.在查到的其它文獻(xiàn)中，除文獻(xiàn)[6](截面值遠(yuǎn)比我們及其它所有文獻(xiàn)值都小)外，其余的實(shí)驗(yàn)值一般都大于我們包鎘處理后測(cè)得的截面值(特別是文獻(xiàn)[11]在14.6 MeV能量點(diǎn)和文獻(xiàn)[12]在14.1 MeV能量點(diǎn)的截面值遠(yuǎn)比我們及其它文獻(xiàn)所給出的截面值都大).分析原因，這主要是由于熱中子的50Cr(n，γ)51Cr反應(yīng)造成的.

3結(jié)論

用活化法和高純鍺γ射線探測(cè)器得到了更加精確可靠的14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反應(yīng)截面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).在本文作者的實(shí)驗(yàn)中，盡管沒有進(jìn)行空靶實(shí)驗(yàn)，但采用了新的氚-鈦靶，而且在照射樣品時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行了包鎘處理，并放在適當(dāng)?shù)奈恢?，低能中子的影響被減少到很低的水平.另外，用高純?nèi)趸t粉作靶材料，用分辨率更高的HP Ge γ射線探測(cè)器測(cè)量反應(yīng)產(chǎn)物的γ放射性，計(jì)算核反應(yīng)截面時(shí)采用了迄今為止最新最精確的核數(shù)據(jù)，所有這些使得我們的結(jié)果更精確更可靠.我們的測(cè)量結(jié)果對(duì)校驗(yàn)用于計(jì)算核反應(yīng)截面的核模型的精度有重要意義，也期望有助于給出14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反應(yīng)截面新的評(píng)價(jià)值，也有益于聚變堆的設(shè)計(jì)、評(píng)估和建造.

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The effect of the thermal neutron capture reaction on th cross section measurement of the corresponding (n， 2n) reaction induced by fast neutron

YUAN Shuqing， SONG Yueli， TIAN Mingli， LI Yong， ZHOU Fengqun

(Electric and Information Engineering College， Pingdingshan University， Pingdingshan， Henan 467000)

thermal neutron capture reaction； (n，2n) reaction induced by fast neutron； cross section； activation technique

2014-03-23.

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(142300410287，132300410302);平頂山市科技創(chuàng)新杰出人才計(jì)劃項(xiàng)目(2012060).

1000-1190(2014)04-0502-04

O571.42+1

A

*通訊聯(lián)系人. E-mail: zhoufq03@163.com.