基于白光中子源的169Tm輻射俘獲截面測(cè)量和共振參數(shù)分析

任 杰，阮錫超，王金成，鮑 杰，欒廣源，張奇瑋，黃翰雄，聶陽波

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院 核數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)核數(shù)據(jù)中心，北京 102413)

中子輻射俘獲截面是重要的中子核反應(yīng)數(shù)據(jù)。在核工程領(lǐng)域，輻射俘獲截面的精度直接影響新型核能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性[1-2]；在核天體物理領(lǐng)域，幾乎所有核天體理論模型都需要輻射俘獲截面數(shù)據(jù)作為輸入?yún)?shù)[3]。以稀土元素Tm為例，169Tm、170Tm、171Tm的輻射俘獲截面都具有重要的應(yīng)用價(jià)值[4-5]，自然界中169Tm的同位素豐度為100%，而171Tm具有適中的半衰期(1.92 a)，169Tm(n,γ)170Tm和170Tm(n,γ)171Tm反應(yīng)常被用于測(cè)量中子場(chǎng)的強(qiáng)度，測(cè)量精度的關(guān)鍵在于169Tm和170Tm的輻射俘獲截面的準(zhǔn)確性；同時(shí)，169Tm是一種反應(yīng)堆毒物，在反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中需要169Tm的輻射俘獲截面；此外，不穩(wěn)定核171Tm的輻射俘獲截面是研究宇宙中核合成過程中A≈170質(zhì)量鏈元素豐度的關(guān)鍵參數(shù)之一。

目前，中子輻射俘獲截面測(cè)量方法主要有活化法和瞬發(fā)伽馬射線法?；罨ň哂休^高的測(cè)量精度，一般用于開展單能點(diǎn)的輻射俘獲反應(yīng)截面測(cè)量；而瞬發(fā)伽馬射線法則能基于中子飛行時(shí)間技術(shù)在較寬的能量范圍內(nèi)測(cè)量輻射俘獲反應(yīng)的激發(fā)函數(shù)。長(zhǎng)期以來，由于缺少白光中子源，我國(guó)以往的中子輻射俘獲截面測(cè)量主要使用活化法。中國(guó)散裂中子源(CSNS)反角白光中子束線(Back-n)建成后[6-7]，為了提升我國(guó)的中子輻射俘獲截面測(cè)量能力，中國(guó)原子能科學(xué)研究院在Back-n的實(shí)驗(yàn)終端建立了兩套基于瞬發(fā)伽馬射線法的中子輻射俘獲截面測(cè)量系統(tǒng)：C6D6測(cè)量系統(tǒng)[8]和GTAF-Ⅱ測(cè)量系統(tǒng)[9]。鑒于169Tm的輻射俘獲截面的重要性，使用C6D6測(cè)量系統(tǒng)開展169Tm的輻射俘獲截面測(cè)量被確定為Back-n建成后的首個(gè)物理實(shí)驗(yàn)。本文介紹實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法和數(shù)據(jù)分析流程，進(jìn)行1～100 eV能量區(qū)間的169Tm的共振參數(shù)分析。目前，在EXFOR[10]收錄的169Tm中子輻射俘獲截面中，僅有兩家數(shù)據(jù)包含1～100 eV能區(qū)，且數(shù)據(jù)的中子能量分辨率不能滿足共振參數(shù)分析的需求[11-12]。本工作欲得到新的截面數(shù)據(jù)，并與ENDF/B-Ⅷ.0[13]等評(píng)價(jià)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，為開展1～100 eV能區(qū)169Tm的共振參數(shù)分析和數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)提供新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)布局

CSNS是我國(guó)第一臺(tái)質(zhì)子加速器驅(qū)動(dòng)的散裂中子源，使用1.6 GeV的高能質(zhì)子束轟擊鎢靶，通過散裂反應(yīng)產(chǎn)生中子。目前，CSNS通過脈沖模式引出質(zhì)子束，具有單束團(tuán)和雙束團(tuán)兩種工作模式，重復(fù)頻率為25 Hz，束流功率為100 kW，中子產(chǎn)額約為2×1016s-1。為了利用CSNS開展核數(shù)據(jù)測(cè)量和基礎(chǔ)核物理研究，在CSNS散裂靶的180°角方向建設(shè)了Back-n，布局如圖1所示。Back-n全長(zhǎng)約80 m，包括中子輸運(yùn)線和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)終端，其中終端1距離散裂靶約55 m，終端2距離散裂靶約76 m。中子輸運(yùn)線包含真空管道、中子束窗、中子開關(guān)、中子準(zhǔn)直器和廢束站。通過調(diào)節(jié)中子準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直孔徑，可在實(shí)驗(yàn)終端得到不同幾何尺寸的中子束斑，用于開展不同的物理實(shí)驗(yàn)[14-15]。Back-n建成后，開展了中子能譜、注量率和束流剖面等束流參數(shù)測(cè)量，得到核數(shù)據(jù)測(cè)量所需的源項(xiàng)參數(shù)[16-17]。本工作CSNS加速器工作在雙束團(tuán)模式，Back-n的中子開關(guān)、準(zhǔn)直器1#和準(zhǔn)直器2#的孔徑分別為50、15和40 mm，終端2樣品位置的中子束斑直徑約為40 mm，中子注量率約為2.0×106cm-2·s-1，Back-n的中子能譜如圖2所示。

圖1 CSNS Back-n布局圖Fig.1 Layout of CSNS Back-n

圖2 Back-n的中子能譜Fig.2 Neutron energy spectrum of Back-n

Back-n的C6D6測(cè)量系統(tǒng)位于終端2，主要由4個(gè)C6D6液體閃爍體探測(cè)器和探測(cè)器支架組成(圖3)。其中，C6D6液體閃爍體型號(hào)為EJ-315，閃爍體光信號(hào)通過光電倍增管ETEL 9390KEB轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后經(jīng)同軸電纜接入Back-n的共用數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)DAQ[18]。DAQ采用全波形數(shù)字化技術(shù)，具有1 GS/s采樣率和12 bit分辨率，能記錄1個(gè)脈沖周期內(nèi)的全部中子事件。除C6D6探測(cè)器外，共用數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)中還接入Back-n終端1的Li-Si探測(cè)器信號(hào)[19]，用于監(jiān)測(cè)中子注量率。

圖3 Back-n上的C6D6測(cè)量系統(tǒng)Fig.3 C6D6 detection system at Back-n

實(shí)驗(yàn)中使用的樣品包括待測(cè)樣品169Tm、標(biāo)準(zhǔn)樣品197Au以及用于估算實(shí)驗(yàn)本底的石墨(natC)樣品和鉛(natPb)樣品。此外，為了定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)本底，在Back-n的中子束窗后放置鎘(natCd)、銀(natAg)和鈷(natCo)3種共振吸收片。實(shí)驗(yàn)樣品的參數(shù)列于表1。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品的參數(shù)Table 1 Parameter of experimental sample

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2.1 權(quán)重函數(shù)計(jì)算

C6D6測(cè)量系統(tǒng)屬于總能量型的輻射俘獲截面探測(cè)系統(tǒng)(TED)[20]，TED的探測(cè)效率ε與靶核俘獲中子形成的復(fù)合核的激發(fā)能Ec呈正比，則：

(1)

其中：k為比例系數(shù)，一般設(shè)為1.0；Sn為復(fù)合核的中子分離能；A為靶核質(zhì)量數(shù)；En為入射中子的能量。

探測(cè)效率不隨復(fù)合核的退激路徑改變而變化，從而能在較寬的中子能量區(qū)間內(nèi)保證探測(cè)器效率的準(zhǔn)確度。為了滿足ε與Ec的線性關(guān)系，ε首先要與單能伽馬射線的能量Eγ呈正比，但C6D6測(cè)量系統(tǒng)的原始探測(cè)效率并不能滿足這一條件，需使用脈沖高度權(quán)重技術(shù)(PHWT)得到C6D6測(cè)量系統(tǒng)的權(quán)重函數(shù)[21-23]，使加權(quán)后的ε與Eγ呈正比。權(quán)重函數(shù)的原理為：

(2)

其中：Edep為單能伽馬射線在探測(cè)器中沉積的能量；Rdep為C6D6探測(cè)器對(duì)單能伽馬射線的能量響應(yīng)；W(Edep)為權(quán)重函數(shù)；EL為能量響應(yīng)的閾值。

本工作使用與文獻(xiàn)[8]一致的方法得到包含169Tm樣品的C6D6探測(cè)器系統(tǒng)的權(quán)重函數(shù)。圖4a為本工作得到的權(quán)重函數(shù)，圖4b、c為加權(quán)前后探測(cè)效率與伽馬射線能量的線性關(guān)系?？梢?，PHWT將C6D6探測(cè)器的探測(cè)效率調(diào)整到與入射伽馬射線能量呈正比，滿足了TED型探測(cè)器的要求。

圖4 權(quán)重函數(shù)(a)及加權(quán)前(b)、后(c)探測(cè)效率與伽馬射線能量的關(guān)系Fig.4 Weighting function (a) and detection efficiency vs gamma ray energy before (b) and after (c) weighting

2.2 輻射俘獲產(chǎn)額計(jì)算

在基于瞬發(fā)伽馬射線法的中子輻射俘獲截面測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，一般能直接得到的是輻射俘獲反應(yīng)產(chǎn)額，然后再對(duì)產(chǎn)額進(jìn)行共振參數(shù)分析或平均截面計(jì)算，最終得到截面數(shù)據(jù)。產(chǎn)額Y(En)與其他觀測(cè)量的關(guān)系式為：

(3)

其中：C(En)為能量為En的中子引起的探測(cè)器計(jì)數(shù)；B(En)為本底計(jì)數(shù)；Φ(En)為中子注量。

根據(jù)式(1)，通過PHWT可將式(3)改寫為式(4)，Cw和Bw分別為加權(quán)后的探測(cè)器計(jì)數(shù)和本底計(jì)數(shù)，A為產(chǎn)額歸一因子，f代表修正系數(shù)。

(4)

根據(jù)式(2)、(4)，使用C6D6探測(cè)器測(cè)量輻射俘獲截面的3個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)問題為：確定入射中子能量；確定實(shí)驗(yàn)本底Bw；確定修正系數(shù)和歸一因子。

1) 中子飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)

在Back-n上，使用中子飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)確定中子能量[24]，本工作針對(duì)1 MeV以下能量區(qū)間，中子能量En和中子飛行時(shí)間tn的關(guān)系為：

(5)

其中：mn為中子的靜止質(zhì)量；L為中子的飛行距離。

本工作使用質(zhì)子打靶瞬間產(chǎn)生伽馬射線作為參照時(shí)間tmγ，使用復(fù)合核瞬發(fā)伽馬射線到達(dá)探測(cè)器的時(shí)刻作為入射中子時(shí)刻tmn，通過散裂靶中子出射面到樣品表面的距離L0和光速c得到時(shí)間零點(diǎn)，通過式(6)計(jì)算中子的飛行時(shí)間tn。

tn=(tmn-tmγ)+L0/c

(6)

詳細(xì)的信號(hào)處理流程參考文獻(xiàn)[25]，本工作得到的169Tm飛行時(shí)間譜如圖5所示。此外，本工作還開展了空樣品的測(cè)量，用來評(píng)估環(huán)境材料引入的本底。

圖5 169Tm和空樣品時(shí)的飛行時(shí)間譜Fig.5 Time-of-flight spectra of 169Tm and empty sample

根據(jù)式(5)，通過中子飛行時(shí)間計(jì)算中子能量需要準(zhǔn)確的飛行距離L。但在CSNS的散裂靶中，不同能量中子的產(chǎn)生位置和在靶內(nèi)的散射路徑是不確定的。L包含兩部分內(nèi)容，一是散裂靶中子出射面到樣品的距離L0，二是中子在靶內(nèi)的散射長(zhǎng)度ΔL(En)[26]，則：

L=L0+ΔL(En)

(7)

為準(zhǔn)確得到中子的飛行距離，本工作使用197Au樣品的共振能量E0和對(duì)應(yīng)的飛行時(shí)間tn作為參數(shù)，使用式(5)擬合出等效的飛行距離L，結(jié)果如圖6所示，可得出本工作的中子飛行距離為(76.72±0.15) m。

圖6 使用197Au共振能量擬合中子飛行距離Fig.6 Fitting length of neutron flight path with resonance energy of 197Au

當(dāng)中子能量和權(quán)重函數(shù)都確定后，可得到加權(quán)后的169Tm樣品的能量響應(yīng)譜，如圖7所示。

圖7 加權(quán)后的169Tm的能量響應(yīng)譜Fig.7 Weighted energy response spectrum of 169Tm

2) 實(shí)驗(yàn)本底的定量測(cè)量

目前，在Back-n上開展中子輻射俘獲截面測(cè)量的主要難點(diǎn)之一是實(shí)驗(yàn)本底復(fù)雜。文獻(xiàn)[25]對(duì)Back-n上的中子輻射俘獲截面測(cè)量實(shí)驗(yàn)的本底進(jìn)行了詳細(xì)的研究。本工作使用輻射俘獲截面極低的natC測(cè)量和評(píng)估散射中子本底；使用伽馬射線散射截面較大的natPb測(cè)量和評(píng)估束內(nèi)伽馬射線本底；使用共振吸收法定量測(cè)量總實(shí)驗(yàn)本底。本工作使用Cd、Ag、Co 3種共振吸收片，Cd用于吸收0.3 eV以下的中子，109Ag用于吸收5.19 eV中子，59Co用于吸收132 eV附近的中子。圖8為含有吸收片的169Tm的凈譜(已扣除無樣本底)及使用共振吸收法得到的各項(xiàng)本底。

圖8 包含吸收片的169Tm的能量響應(yīng)譜和實(shí)驗(yàn)本底Fig.8 Energy response and experimental background spectra of 169Tm with filter

3) 數(shù)據(jù)修正

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的產(chǎn)額不可避免地受到實(shí)驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)分析方法的影響，需進(jìn)行必要的修正。主要的修正量包括閾值修正fth，樣品厚度帶來的自吸收、自屏蔽效應(yīng)的修正fms，數(shù)據(jù)獲取死時(shí)間修正fdt等。根據(jù)文獻(xiàn)[27]，閾值對(duì)探測(cè)效率的影響可忽略。而對(duì)于共振區(qū)的產(chǎn)額數(shù)據(jù)，自吸收、自屏蔽效應(yīng)的修正一般是通過R矩陣分析程序完成的，本工作不再進(jìn)行這項(xiàng)修正。在數(shù)據(jù)處理中，為了識(shí)別堆積信號(hào)，需設(shè)置相鄰可分辨的信號(hào)最小時(shí)間間隔τ，這樣會(huì)引入一定的死時(shí)間。根據(jù)τ和不同能量區(qū)間的計(jì)數(shù)率Ni，可通過式(8)得到不同中子區(qū)間的死時(shí)間修正因子。

(8)

圖9為當(dāng)τ設(shè)置為50 ns時(shí)，169Tm的死時(shí)間修正因子。無論在反應(yīng)截面較大的共振能量附近，還是在中子飛行時(shí)間較短的百keV能量區(qū)間，死時(shí)間引入的修正量都小于1%。

圖9 169Tm的死時(shí)間修正因子Fig.9 Dead-time correction factor of 169Tm

4) 產(chǎn)額歸一

在使用C6D6測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量中子輻射俘獲截面時(shí)，為得到準(zhǔn)確的反應(yīng)產(chǎn)額，需要已知樣品上的中子注量。但在實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)量樣品位置的中子注量比較困難，本工作利用169Tm在3.89 eV能點(diǎn)附近有很大的共振吸收截面(25 337 barn)這一特征，采用飽和歸一的方式，使產(chǎn)額計(jì)算不再依賴絕對(duì)中子注量。對(duì)于3.89 eV附近的中子，僅30 μm厚度的169Tm就能俘獲全部的中子。本工作使用的169Tm厚度為0.2 mm，此時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的產(chǎn)額在3.9 eV附近呈現(xiàn)出飽和的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)額應(yīng)為1.0。擬合該平臺(tái)附近的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到式(4)中的產(chǎn)額歸一因子A。本工作得到的A約為0.98，169Tm輻射俘獲產(chǎn)額如圖10所示。

圖10 169Tm輻射俘獲產(chǎn)額Fig.10 Capture yield of 169Tm

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

入射中子能量為En時(shí)，輻射俘獲的產(chǎn)額Y與輻射俘獲截面σγ的關(guān)系為：

(9)

其中：n為單位面積靶核的原子數(shù)；σt為靶核的全截面，當(dāng)靶的厚度滿足薄靶條件(nσt?1)時(shí)，能通過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)額計(jì)算出輻射俘獲截面。

但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往會(huì)受到客觀條件的影響，包括中子和伽馬在樣品中的散射和吸收、溫度引起的Doppler展寬、實(shí)驗(yàn)設(shè)備引起的能量分辨率展寬等，較難直接通過式(9)計(jì)算出準(zhǔn)確的截面。為了提高截面數(shù)據(jù)的精度，在可分辨共振區(qū)，一般通過R矩陣分析程序擬合實(shí)驗(yàn)產(chǎn)額得到共振參數(shù)，然后利用共振參數(shù)計(jì)算輻射俘獲截面；在不可分辨共振區(qū)和快中子連續(xù)能量區(qū)間，一般只能測(cè)得某一能量區(qū)間的平均產(chǎn)額，需要使用蒙特卡羅模擬得到多次散射、吸收等效應(yīng)的修正因子，通過理論計(jì)算得到平均截面。文獻(xiàn)[27]分析了169Tm在快中子連續(xù)能量區(qū)間的輻射俘獲截面，本工作重點(diǎn)開展可分辨共振區(qū)的數(shù)據(jù)分析。

本工作使用R矩陣分析程序SAMMY(M5)開展共振參數(shù)分析[28]。SAMMY程序由美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，以R矩陣?yán)碚摓榛A(chǔ)，采用貝葉斯擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方式得到共振參數(shù)。使用SAMMY程序分析共振參數(shù)主要分為3步：第1步使用初始參數(shù)和R矩陣?yán)碚摰玫浇孛婊虍a(chǎn)額的理論值；第2步將實(shí)驗(yàn)條件，如Doppler展寬、多次散射、能量展寬等條件代入SAMMY程序；第3步使用貝葉斯方法擬合實(shí)驗(yàn)產(chǎn)額得到與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合最好的參數(shù)，作為最終的共振參數(shù)。圖11為使用SAMMY程序擬合169Tm的產(chǎn)額數(shù)據(jù)結(jié)果，其中初始參數(shù)使用ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫中推薦數(shù)據(jù)，溫度參數(shù)為300 K，靶厚度為0.2 mm，能量展寬參考文獻(xiàn)[29]。CSNS工作在雙束團(tuán)模式，1 keV以上的中子能量分辨率較差，圖11僅給出1 keV以下的擬合結(jié)果?？煽闯觯瑢?shí)驗(yàn)產(chǎn)額數(shù)據(jù)與SAMMY擬合結(jié)果總體符合較好，ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫中的共振峰在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中都有體現(xiàn)，共振能量基本一致。

圖11 SAMMY程序擬合169Tm產(chǎn)額數(shù)據(jù)的結(jié)果Fig.11 Fitting result of capture yield of 169Tm with SAMMY code

目前，在Back-n上開展細(xì)致的共振參數(shù)分析還面臨著一些困難。首先，Back-n終端2的中子能譜是使用235U裂變室測(cè)得的[16]，無法準(zhǔn)確分析中子能譜在共振區(qū)的結(jié)構(gòu)；其次，文獻(xiàn)[29]中給出的分辨率函數(shù)是使用蒙特卡羅模擬的結(jié)果，可能在某些能量區(qū)間與真實(shí)值存在一定的差異；最后，Back-n的實(shí)驗(yàn)本底復(fù)雜，特別是共振區(qū)，無法完全準(zhǔn)確地扣除實(shí)驗(yàn)本底。由圖2可見，1～100 eV能量區(qū)間的中子能譜變化相對(duì)平緩，且由圖8可知，100 eV以內(nèi)的169Tm實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的效應(yīng)本底較好。因此，本工作重點(diǎn)開展1～100 eV能量區(qū)間的共振參數(shù)分析，結(jié)果如圖12所示。可看出，在1～100 eV能量區(qū)間內(nèi)，SAMMY程序能較好地?cái)M合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此時(shí)SAMMY程序的輸出結(jié)果就是本工作得到的共振參數(shù)。表2列出了本工作得到的169Tm的1～100 eV能量區(qū)間的共振參數(shù)及ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫的推薦值。其中，l為軌道角動(dòng)量，J為復(fù)合核自旋，Γn為中子寬度，Γγ為輻射俘獲寬度。表2中給出的不確定度與入射中子能量相關(guān)，詳細(xì)分析過程可參考文獻(xiàn)[27]。由表2可看出，本工作得到的共振參數(shù)大部分能與ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫的評(píng)價(jià)值符合較好，部分?jǐn)?shù)據(jù)存在較明顯的差異。從實(shí)驗(yàn)測(cè)量的角度分析，本工作使用的源中子能譜和能量分辨率函數(shù)還不夠精確，這些可能是導(dǎo)致差異的原因。

圖12 SAMMY程序擬合169Tm輻射俘獲產(chǎn)額的結(jié)果Fig.12 Fitting result of experimental capture yield of 169Tm with SAMMY code

表2 1～100 eV能量區(qū)間169Tm共振參數(shù)Table 2 Resonance parameter of 169Tm in energy region between 1 eV and 100 eV

在圖12的38～40 eV能量區(qū)間發(fā)現(xiàn)1個(gè)ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫中沒有的共振峰，經(jīng)過SAMMY程序擬合，得到了這一共振峰的共振能量(E0≈39.08 eV)等參數(shù)，結(jié)果如圖13所示。由于樣品中可能含有微量的雜質(zhì)，目前尚不能判斷這一共振峰是否屬于169Tm。

圖13 38～40 eV的共振峰擬合結(jié)果Fig.13 Fitting result of resonance peak in energy region between 38 eV and 40 eV

得到共振參數(shù)后可由R矩陣?yán)碚撚?jì)算出輻射俘獲截面。本工作在SAMMY程序中代入表2的共振參數(shù)，使用Reich-Moore近似計(jì)算出169Tm在1～100 eV的輻射俘獲截面，并與ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫中的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果如圖14所示?？梢?，在共振參數(shù)一致的能量區(qū)間，本工作得到的輻射俘獲截面與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)符合較好，共振參數(shù)存在差異的能量區(qū)間，輻射俘獲截面同樣存在明顯的差異。

圖14 1～100 eV的169Tm輻射俘獲截面Fig.14 Radiative capture cross-section of 169Tm in energy region between 1 eV and 100 eV

4 結(jié)論

為了開展輻射俘獲截面測(cè)量，中國(guó)原子能科學(xué)研究院在Back-n上建立了C6D6測(cè)量系統(tǒng)并研究了實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法。169Tm的輻射俘獲截面測(cè)量是Back-n上進(jìn)行的首個(gè)輻射俘獲截面測(cè)量實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中對(duì)中子飛行距離、實(shí)驗(yàn)本底、反應(yīng)產(chǎn)額、死時(shí)間修正等進(jìn)行了分析，提高了測(cè)量結(jié)果的精度。本工作使用SAMMY程序擬合實(shí)驗(yàn)產(chǎn)額得到共振參數(shù)和輻射俘獲截面，并與ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫的評(píng)價(jià)值進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果顯示，本實(shí)驗(yàn)得到的169Tm的輻射俘獲截面和共振參數(shù)在1～100 eV能量區(qū)間與ENDF/B-Ⅷ.0數(shù)據(jù)庫的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)符合較好，表明本工作的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法是正確的。同時(shí)發(fā)現(xiàn)部分截面和參數(shù)存在分歧，為了將來開展更高精度的截面測(cè)量，還需在Back-n上開展以下研究：1) Back-n的源中子能譜需進(jìn)一步測(cè)量，特別需關(guān)注1 eV～10 keV能量區(qū)間的能譜結(jié)構(gòu)；2) Back-n的中子能量分辨率函數(shù)還需進(jìn)一步計(jì)算，有必要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證現(xiàn)有的能量分辨率函數(shù)；3) 共振區(qū)的實(shí)驗(yàn)本底還需更加細(xì)致的模擬和分析，進(jìn)一步研究樣品相關(guān)的實(shí)驗(yàn)本底等。

感謝Back-n合作組全體成員對(duì)本工作的支持和幫助。