197Au、natSe中子俘获截面实验研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:kg1ksmhz1
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在核天体物理中,宇宙元素的起源一直是近代物理学家研究的一个热点。其中恒星中约99%比铁重的元素是通过中子俘获过程形成,根据核天体环境,这部分的核素通过慢中子俘获过程(s-process)和快中子俘获过程(r-process)产生;剩余约1%比铁重的元素通过p过程产生。中子俘获截面的精确测量值是确定恒星元素丰度的重要参数,此外中子俘获截面的测量在核能、加速器驱动次临界洁净核能系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)、核废料嬗变以及核数据中具有重要价值。随着中子能区广、通量高、能量分辨好的中国散裂中子源Back-n束线的建立,为高精度的中子俘获截面的测量提供了先进的平台。Back-n中子俘获截面测量装置氘代苯(C6D6)探测器具有对伽马灵敏,且对中子灵敏度低,响应快的特点,作为一种总能量型伽马探测器被广泛用于中子俘获截面的测量。p过程关键核素74Se,78Kr等35个p核,s过程中的关键重元素的俘获截面,如79Se,85Kr,89Y,159Tb,169Tm等衰变分支核的俘获截面的研究具有重要意义。它们是核反应路径上关键的核素,其俘获截面和贝塔衰变几率将会决定反应路径的走向,成为关键分支点(branching point);通过对这些核素俘获截面的研究,提供核天体物理环境(中子能量0.3-300 keV,对应宇宙温度kT=8-90 keV)所需的关键核物理参数,对于深入了解太阳系重元素丰度的起源,了解宇宙的演化及核合成过程具有重要的意义。本论文利用中国散裂中子源的Back-n束线上的C6D6探测器谱仪进行197Au和natSe的中子俘获截面测量。论文主要是基于脉冲高度权重技术(PHWT)和蒙特卡洛模拟方法进行实验数据分析,最后通过R矩阵程序SAMMY拟合共振能区的实验数据,并提取出中子宽度和伽马宽度等共振参数。主要结论有:1、利用PHWT方法分析197Au在1eV到100 keV中子能区的中子俘获截面;并与ENDF评价数据库,nTOF和GELINA的实验数据进行了对比。我们的结果能很好的符合评价数据和nTOF与GELINA的实验数据;从而表明了实验和数据分析方法的合理性。最后利用SAMMY程序拟合1 eV到1 keV共振能区的实验数据。2、首次测量并分析了 natSe在1 eV到100 keV能区的中子俘获截面,利用SAMMY程序拟合了 1 eV到1050 eV能区的共振参数,确认了各个同位素的贡献。在 27.1 eV(1/2+)、270.7 eV(1/2+)和 1018 eV(1/2+)处确认了 p 核 74Se贡献的3个共振峰,它们的衰变分宽度参数将对核天体物理产生截面的计算具有关键的作用;而大部分的共振峰是由77Se贡献的,一些77Se的共振截面较低,由于天然靶较厚(2 mm),同时由于相对较大的本底误差存在,使得这些共振峰截面的测量精度还有待提高;建议采用不同厚度靶测量同位素77Se核的中子俘获截面,进一步检验和验证其共振参数。研究对比发现在377.2 eV(76Se,1/2+)处的共振截面要比ENDF/B-Ⅷ.0评价数据库截面低很多。另外,74Se的第三个共振峰峰位(1018 eV)与ENDF/B-Ⅷ.0的峰位(1029 eV)的误差达到~11 eV,而其他共振峰的差别在1-2 eV,具体原因还有待进一步的实验检验。B ack-n是我国第一台散裂中子源装置,70多米的飞行距离对于共振能区中子俘获截面的测量来说具有较大的优势,但是由于散裂靶共振峰以及在束伽马本底的影响,也使得Back-n低截面共振峰的精确测量存在一定的本底扣除误差。天然靶的中子俘获截面测量提供了一些关键的中子核数据,为中子核数据库的丰富和相关核物理、核天体物理的理论计算提供了一定的基础数据。未来进一步开展同位素截面的精确测量,例如74Se,76Se,77Se等同位素,将会获得更加精确的中子共振截面和共振峰的详尽且准确的信息。
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