论文部分内容阅读
本论文主要包含轻核反应基础理论研究和核数据应用研究两方面的内容。基础理论研究是应用Iwamoto-Harada模型建立了非稳定核5He在预平衡发射中的预形成几率公式；核数据应用研究是建立了入射中子能量到20MeV的16O和19F以及中子入射能量到30MeV的16O的包含了双微分截面文档（文档六）的全套中子数据库。轻核的双微分截面数据对于核工程应用有着很重要的应用价值。然而由于没有合适的理论方法，国际上各大中子数据库普遍没有包含所有出射粒子信息并保证能量平衡的双微分截面文档。在统一的Hauser-Feshbach和激子模型基础上发展的新轻核反应理论很好地解决了这个问题。新轻核反应理论可以描述轻核反应的最主要的反应机制-从复合核到剩余核分立能级的预平衡发射，而国际上现有的核反应统计理论模型程序中都恰恰缺失了此种反应机制，故而不能很好描述轻核反应的行为。在新轻核反应理论的发展过程中，提出了非稳定核-5He发射的可能性，为此需要对5He核在预平衡发射中的预形成几率进行研究。以往的核反应统计模型所考虑的复杂粒子出射都是些稳定的核，如d、t、3He、α等，然而长期以来一个非稳定核-5He发射的可能性被忽略了。虽然5He是不稳定核，发射后会很快崩裂为一个中子和一个α粒子，但在中子诱导的核反应中5He发射的阈能明显比3He的小得多，由此在理论上提出了5He发射的可能性。在核反应中，5He发射主要来自于预平衡发射机制，角动量相关的激子模型可以很好地描述这种类型的预平衡反应过程。在激子模型中，理论上给出5He在复合核内的预形成几率是描述5He发射的重要因素之一。Iwamoto-Harada模型已经给出了仅包含1s壳核子的d、t、3He以及α粒子的形成几率，该模型的基本物理图像是在预平衡发射过程中引入了拾取机制，即出射的单核子在发射前拾取了复合核内的其它核子，而形成了复杂粒子发射，拾取其它核子的几率即为复杂粒子的预形成几率。核内核子由壳模型波函数描述，由壳模型的特性给出每个运动自由度的位置与动量的关联条件，再由复杂粒子占有的相空间体积积分得到各种组态[λ，m]的预形成几率，其中λ和m分别表示出射复杂粒子中在费米海上及费米海下的核子数目。在核反应统计模型中，我们只考虑5He的[1，4]组态。这就意味着，一个被发射的中子在出射前拾取了复合核中的一个α集团而形成5He的预平衡发射。5He自发崩裂过程中所产生的中子主要贡献在总出射中子双微分截面的低能端，考虑5He发射可以很好的改善双微分总谱低能端理论计算与实验的符合。应用上述新发展的轻核反应理论计算和分析了14.1MeV和18MeV中子诱发16O反应的总出射中子双微分截面，14.1MeV中子入射的理论计算与实验测量取得了很好的符合。而18MeV中子诱发16O反应的理论计算与实验测量在总出射中子双微分截面低能端有明显的偏差，文中对该偏差做了理论分析。由于18MeV处只有一家测量于1988年的实验数据，为此我们期待着更多更精确的实验测量。文中还详细分析了来自不同反应道的出射中子对双微分截面的贡献，其中包括从5He崩裂中产生的中子。对于中子诱发16O反应，5He崩裂产生的中子对总出射中子双微分截面的低能端有着重要的贡献。在计算过程中我们也考虑了直接非弹反应，但直接非弹在中子诱发轻核反应中只占很少的比例。对反应机制的理论分析表明，从复合核到剩余核分立能级的预平衡发射是轻核反应的主要机制。在理论计算与实验数据取得很好符合的基础上建立了入射中子能量在20MeV以下16O的包含了双微分截面文档-文档六的全套中子数据库。根据需求，还将中子入射能量扩展到了30MeV，建立了30MeV以下16O的全套中子数据库。美国的ENDF／B-Ⅵ库第八版采用Kalbach系统学的方法给出了16O一些反应道的文档六，然而事实上Kalbach系统学只限于用在连续能级发射轻粒子的双微分谱计算，并不适用于描述轻核分立能级多粒子发射的反应过程，不能给出合理的出射中子能量一角度谱。而且Kalbach系统学不能保证文档六的能量平衡。新轻核反应理论已经成功的应用到了1p壳核，为了进一步验证其适用范围，我们将其推广到2sld壳核-19F。文中计算和分析了14.2MeV中子诱发19F反应的总出射中子双微分截面，与实验数据取得了很好的符合。由于中子诱发19F反应的（n,2n）反应道开得比较早而且有相当大的贡献，所以在总出射中子双微分截面的低能端主要是（n，2n）反应二次发射中子的贡献，5He崩裂产生的中子的贡献并不明显。在理论计算与实验数据取得很好符合的基础上建立了20MeV以下19F包含文档六的全套中子数据库。美国的ENDF／B-Ⅶ库采用TNG程序理论计算给出了19F的文档六，日本的JENDL-3.3库采用Kumabe系统学的方法给出了19F的文档六。事实上，Kumabe系统学是在Kalbach系统学的基础上发展而来的，它也不适用于描述轻核反应过程，而且也不能保证文档六的能量平衡。TNG程序计算给出的文档六能够保证能量平衡，但它是以与角动量无关的激子模型和Hauser-Feshbach理论为理论框架的，这种激子模型只能考虑末态为连续能区，所以它也无法描述轻核反应的主要反应机制-复合核到剩余核分立能级的预平衡发射。上述这几种方法都无法给出完全采用分立能级计算得到的出射中子特征谱，它们给出的都只是光滑的谱形。美国的ENDF库和日本的JENDL库关于16O和19F的数据内容，在统计理论模型计算中都考虑了连续能级发射。但是由于这些轻核的能级纲图给出的分立能级的能量足够高，因此我们在理论计算中完全采用分立能级，而没有考虑连续能级。在这种既可以完全用分立能级又可以用连续能级进行理论模型计算的情况下，对连续能级中能级密度参数的取值问题进行了物理上的理解和讨论。实际上采用连续能级是一种核结构的近似描述，完全采用分立能级则可以更清楚地反映出哪些高激发态可以发射中子，哪些有带电粒子以及γ退激的竞争，从而给出更清晰的物理图像。