中子俘获截面的实验测量和蒙特卡罗修正

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中子俘获反应是中子核反应的重要组成部分,是核结构和元素形成理论所关心的问题。快中子俘获截面是核反应理论、核科学工程设计及天体中元素合成研究所需要的重要参数。铕、钼和钴是反应堆结构材料和包层材料的重要组成元素,在反应堆中子的照射下,可发生151EU(n,γ)152m,gEu,153Eu(n,γ)154Eu,98Mo(n,γ)99Mo,59Co(n,γ)60Co反应,这些反应均可生成长半衰期的放射性核素,其中前4个反应道的截面值均属国际原子能机构1988年提出的十六个急需测量的活化截面。因此,准确测量它们的中子俘获截面对合理处理使用过的堆材料以避免其造成放射性污染具有重要意义。另外,砷近年来已成为半导体工业中一种重要材料,它与金属镓合成的半导体材料由于抵抗外层空间辐射的能力比较强,常被用于卫星等航空器上。由于宇宙射线中也含有相当数量的中子,可与75As发生75As(n,γ)76As反应,所以,准确测量其中子俘获截面对于理论设计和实验研究来说也是非常必要的。上述反应道的已有实验数据很少,而且有些存在较大分歧。因此,为获得准确的截面数据,我们以197Au为标准截面,在29-1100keV能区,用活化法测量了75As(n,γ)76As,98Mo(n,γ)99Mo,59Co(n,γ)60Co,151EU(n,γ)152m,gEu,153Eu(n,γ)154Eu反应的截面值。实验在静电加速器上进行,利用7Li(p,n)7Be反应产生22—230keV能区中子,T(p,n)3He产生215—1100keV能区中子作为中子源。靶头用压缩空气或水冷却。辐照过程中,将包装好的样品固定在样品架的不同位置上,以获得不同能量的照射中子。中子通量变化用一个长中子计数管来监视。在距靶头1.8m处放置一个与其它样品相同的样品同时辐照,以便消除实验大厅散射中子本底影响。样品照射后生成的产物核的特征γ射线,用经过精确刻度的高纯锗探测器进行测量。实验过程中,中子经过水层和包层材料时会产生散射效应,使最终打到样品上的中子既有直射中子又有散射中子。打到样品上的中子,由于样品的自屏蔽效应使中子的注量率随入射深度发生变化。这两种效应均会对实验结果产生影响。通过实验手段只可能降低上述效应的影响,但是不可能完全去除。通常的做法是用蒙特卡罗方法来对上述效应进行修正。因此我们用MCNP程序,根据实验条件,对实验结果进行了修正。我们还分别对修正因子随不同水层厚度和不同靶管厚度的变化情况做了研究,为以后实验中材料尺寸的选取提供了理论依据。最后,将我们所得数据与现有其它家数据进行了比较。
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