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* * 裂变截面及全截面首批实验准备进展 刘 荣 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 * 目录 科学目标 对探测器及束流的要求 样品选择和准备 数据处理准备 实验计划安排 实验预期成果 存在的问题 科学目标 首批实验物理目标： 校验基于WNS的裂变截面及全截面测量谱仪性能 校对U-235与U-238相对裂变截面值 获取U-236或Th-232在1eV-20MeV上相对裂变截面测量值 获取铝和石墨在1eV-20MeV上全截面测量值 期望通过测量重点观察： 1.25keV附近的三共振峰 2-50keV共振峰情况 裂变阈值以下截面 U-236裂变截面 对探测器的要求 裂变截面及全截面谱仪能够满足以上要求 裂变截面实验 全截面实验 类型 多层裂变室 多层裂变室 能区范围 1eV-20MeV 1eV-20MeV 能量确定方法 飞行时间法 飞行时间法 响应时间 30ns 30ns 可安装样品数 3 无要求 采集信号 幅度谱+波形 幅度谱+波形 最大计数率 大于500Hz/通道 大于500Hz/通道 对束流的要求 此为对束流的最低要求，期望在强度和脉宽上尽量提高性能参数，以期得到更好的实验结果。 裂变截面实验 全截面实验 中子能区范围 1eV-20MeV 1eV-20MeV 探测器处中子注量率 1E5cm-2s-1 1E5cm-2s-1 束流模式 单束团 单束团 束流稳定性 波动20% 波动10% 束流截面直径 6cmφ9cm@ES2 2cmφ6cm@ES1 束流时间 10d 15d 脉冲宽度 50ns@20MeV 50ns@20MeV 样品选择和准备 裂变截面实验 全截面实验 样品核素 U-235/U-238； U-236或Th-232 Al-27或高纯石墨（C-1213） 样品形态 镀片 圆柱 样品准备 用铀及钍同位素电镀工艺将高纯核素电镀至100μm厚度铝底衬上，再进行精确定量和均匀性检测 采用纯度99.999%以上的铝和99.99%以上的高纯石墨进行加工，形成直径7cm，厚度2-10cm的多套样品 样品状态 U-236同位素采购中，电镀工艺基本定型。 Th-232首批电镀完成，定量完成，数据分析中。 交付中 数据处理准备——探测器计数预估 裂变计数预估@105cm-2s-1注量率 U235 U236 U238 估算表明：U-236样品在1eV-100keV范围内统计误差高达10-20%，100keV以上能区统计误差较小，普遍1%以下，但能量分辨率较差；U-235标样的统计误差较低，预计实验结果较为可靠。 数据处理准备——本底影响预评估 探测器测量到的信号中，将含有本底信号，其部分无法通过技术办法消除，因此进行了模拟计算预估。 中子捕集器反照中子影响 结果显示通过添加镉片后在0.01MeV能点得到的数值需要修正 energy U235 U236 U238 20MeV 0.9999651 1 0.999987 15MeV 0.9999752 1 0.999993 10MeV 0.9999756 0.99998 0.999997 5MeV 0.9997804 0.999897 0.999933 1MeV 0.9998408 0.999941 0.999972 0.1MeV 0.9926779 0.997202 \ 0.01MeV 0.9720321 0.926111 \ 0.001MeV 1 1 \ 1E-4MeV 1 1 \ 1E-5MeV 1 1 \ 不同核素有效信号比例 数据处理准备——其他本底影响 其他本底影响 U-235同位素影响 U-235裂变截面大约为U-236的一万倍，其影响对校正裂变阈以下的截面至关重要，且可能是造成先前各实验数据差异大的主要原因； α粒子影响 衰变α粒子 考虑核素(n,α)截面,有中子束及无裂变核素实时测得 数据处理准备——不确定度预估 分析了主要不确定度来源，总不确定度会因束流强度而不同，在流强保证的情况下，裂变截面不确定度3.5%，全截面不确定度2%(有的能区约1%) 不确定度来源 裂变截面测量 全截面测量 本底消除 高能忽略，低能5% 高能忽略，低能0.1% 样品质量 ~1.5% 忽略 探测效率 ~2% 忽略 死时间 首批实验忽略 首批实验忽略 标准截面 1% 无 统计误差 1MeV以上小于1%，其他较高 1MeV以上小于1%，其他较高 实验结果处理——共振区 裂变截面在100keV附近基本都存在共振，对于大部分窄共振峰现有能量分辨率都无法分辨，因此只能测得平均截面，再利用模型对共振区截面进行计算。 首批实验除某些分开较明显的共振峰以外，其他共振区将需求与原子能院相关部门合作，利用测得平均截面