本文關(guān)鍵詞：D-T中子與貧化鈾作用的瞬發(fā)γ譜研究

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【摘要】：在熱核武器和聚變—裂變混合能源堆中,D-T中子在宏觀貧化鈾(天然鈾)材料中的輸運(yùn)是其最重要的物理過程之一。中子在材料中輸運(yùn)時(shí),通過輻射俘獲、裂變、非彈等核反應(yīng)而伴隨瞬發(fā)γ射線的發(fā)射。瞬發(fā)γ射線可以反映中子與材料的相互作用過程,與核反應(yīng)和核結(jié)構(gòu)信息緊密相關(guān),測量瞬發(fā)γ射線是檢驗(yàn)相關(guān)反應(yīng)截面數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、監(jiān)測核過程的重要手段之一;同時(shí),測量瞬發(fā)γ射線可為評估裂變能量、γ射線泄漏過程參數(shù)、鈾核參數(shù)檢驗(yàn)等提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。宏觀貧化鈾球殼樣品是核武器工程模擬中必不可少的裝置之一。為此,基于14MeV D-T脈沖中子,針對不同的宏觀貧化鈾球殼樣品開展瞬發(fā)γ射線譜實(shí)驗(yàn)研究,建立相應(yīng)的測量手段和發(fā)展相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析能力,并獲取D-T中子與宏觀貧化鈾樣品作用的瞬發(fā)伽瑪譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本論文以D-T中子與宏觀貧化鈾球殼樣品作用發(fā)射的瞬發(fā)γ射線能譜和時(shí)間譜為研究對象,主要開展了測量方法、蒙卡模擬計(jì)算、測量技術(shù)和瞬發(fā)伽瑪實(shí)驗(yàn)四方面的研究工作。D-T中子與貧化鈾樣品作用時(shí),除了由裂變、非彈及輻射俘獲反應(yīng)發(fā)射的瞬發(fā)γ射線之外,還會產(chǎn)生核衰變γ射線、直流本底中子產(chǎn)生的瞬發(fā)γ射線、直穿中子打在探測器上產(chǎn)生的瞬發(fā)γ射線、源中子靶室結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生的瞬發(fā)Y本底、貧化鈾樣品以外的其它材料產(chǎn)生的瞬發(fā)和緩發(fā)γ本底、散射中子在準(zhǔn)直器等材料中產(chǎn)生的γ射線等眾多本底的干擾。這些本底γ中：衰變Y射線(或稱為緩發(fā)γ射線)與直穿中子在探測器上產(chǎn)生的瞬發(fā)γ射線占主要貢獻(xiàn)。為了扣除這些非期望的γ本底,根據(jù)這些γ射線的時(shí)間和來源等特性,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的準(zhǔn)直系統(tǒng)和影陰錐屏蔽體統(tǒng),采用基于脈沖中子源的飛行時(shí)間測量方法對D-T中子與鈾材料作用的瞬發(fā)γ射線譜進(jìn)行了研究。模擬計(jì)算方面：(1)利用TARGET程序?qū)-T中子的能量、強(qiáng)度各向異性分布,中子平均能量和能散等進(jìn)行模擬計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果用于MCNP輸入卡中的中子源項(xiàng)描述。(2)利用MCNP對BC501A和CLYC探測器的γ響應(yīng)和探測效率等進(jìn)行了模擬計(jì)算,獲得的結(jié)果經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,響應(yīng)矩陣用于反沖電子譜解譜。(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀肕CNP進(jìn)行了蒙卡建模,通過模擬計(jì)算獲得了γ通量最大時(shí)的貧化鈾球殼樣品厚度,及瞬發(fā)γ射線的時(shí)間過程,根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇實(shí)驗(yàn)樣品及脈沖中子源工況。(4)利用MCNP和EGSnrc程序耦合計(jì)算,避免了MCNP在計(jì)算中子伽瑪射線耦合輸運(yùn)時(shí)能量沉積記錄類型本質(zhì)上的不可靠性,獲得了相應(yīng)位置的瞬發(fā)Y射線譜及在液閃探測器中產(chǎn)生的反沖電子譜和CLYC探測器中產(chǎn)生的γ譜,同時(shí)大大提高了計(jì)算效率。測量技術(shù)方面：(1)重點(diǎn)研究了適用于n/γ射線混合場中γ射線測量的BC501A/BC537液閃探測器和鉀冰晶石家族的CLYC探測器。對探測器的能量響應(yīng)函數(shù)、能量分辨、探測效率和n/γ甄別性能等特性進(jìn)行了研究,獲得了Y射線在相應(yīng)液閃探測器中產(chǎn)生的康普頓邊的確切位置、能量分辨率、響應(yīng)矩陣和n/γ甄別下限。這有利于提高能量標(biāo)定和解譜精度、便于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定。(2)針對脈沖中子源和飛行時(shí)間方法,基于NIM電子學(xué)建立了“雙符合+ToF"的瞬發(fā)γ射線測量技術(shù),以及基于高速數(shù)字化儀的ToF符合測量技術(shù),并基于Lab VIEW編寫了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集程序。并將這兩種技術(shù)成功應(yīng)用于D-T中子與貧化鈾球殼的瞬發(fā)Y射線實(shí)驗(yàn)研究。(3)為了分析本文基于數(shù)字化儀測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),編制了壞事例剔除程序、n/γ甄別程序、譜分析程序和伴隨a粒子分析程序。(4)對幾種常用的解譜方法：GRAVEL迭代法、Tikhinov正則化方法、逆矩陣方法進(jìn)行了分析和比較。實(shí)驗(yàn)研究方面：(1)基于NIM電子學(xué)、BC501A液閃探測器和“雙符合+ToF”方法,對D-T中子與厚度為3.1cm的宏觀貧化鈾球殼的作用開展了瞬發(fā)伽瑪實(shí)驗(yàn)研究,對本底來源進(jìn)行了詳細(xì)考慮和分析,并采取相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行了扣除；首次獲得了該特定宏觀樣品0.4—3MeV能區(qū)的瞬發(fā)伽瑪能譜和時(shí)間譜,針對瞬發(fā)γ射線的來源和影響因素,對瞬發(fā)γ射線能譜和時(shí)間譜的不確定度進(jìn)行了綜合評定,并與蒙卡計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。(2)基于高速數(shù)字化儀、BC501A、CLYC探測器和ToF方法,對厚度為3.95cm的宏觀貧化鈾球殼樣品開展了瞬發(fā)伽瑪譜實(shí)驗(yàn)研究；對探測器信號、感應(yīng)筒信號和伴隨α信號進(jìn)行了同步測量;然后基于離線分析程序?qū)Ζ檬吕桶殡Sα粒子進(jìn)行分析和本底扣除,獲得瞬發(fā)γ射線能譜、緩發(fā)γ射線能譜、瞬發(fā)Y射線時(shí)間譜。同時(shí),還可以獲得γ射線的時(shí)間—能量二維譜,及中子事例的反沖質(zhì)子譜(能譜)、飛行時(shí)間譜和時(shí)間—能量二維譜。通過本論文工作,改進(jìn)和發(fā)展了中子與宏觀樣品作用的瞬發(fā)γ射線測量技術(shù),提高了數(shù)據(jù)分析能力,為后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究提供了良好的測試方法和實(shí)驗(yàn)手段。首次獲得了D-T中子與特定宏觀貧化鈾樣品作用0.4MeV-3MeV能區(qū)的瞬發(fā)γ射線能譜和時(shí)間譜,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可為裂變放能診斷和鈾核參數(shù)檢驗(yàn)等提供數(shù)據(jù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O571.5

【相似文獻(xiàn)】

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1 王大倫,黎本慈;14MeV中子在大體積貧化鈾球裝置中平均裂變數(shù)的實(shí)驗(yàn)測量[J];中國核科技報(bào)告;1991年S3期

2 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王玫;溫中偉;林菊芳;;鈾電鍍片的制作及初步定量測試[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（2005）[C];2005年

2 牟云峰;陳淵;郭海萍;;高能中子消失法的檢驗(yàn)[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（2003）[C];2003年

3 黎本慈;王大倫;王秀春;勵(lì)義俊;張少華;;無限大貧化鈾球內(nèi)由D-T中子源產(chǎn)生的14Mev中子通量分布的測量[A];第五次核物理會議資料匯編（上冊）[C];1982年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 秦建國;D-T中子與貧化鈾作用的瞬發(fā)γ譜研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

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本文編號：1258800