8·17MeV中子与天然铁作用的次级中子双微分截面测量

　　次级中子双微分截面(DDX)在核装置设计、中子屏蔽设计、核数据评价和核反应理论模型发展等方面都具有重要的意义。铁是最常用的结构材料,在核装置中被大量使用,因此,研究铁次级中子发射的双微分截面具有重要意义。长期以来,次级中子双微分截面测量大多集中在14 MeV附近,8 MeV以下也有少量测量数据,8~14 MeV之间的实验测量则几乎是空白,这主要是因为缺乏合适的单能中子源。铁的情况也是如此,在8~14 MeV能区有一些弹性散射和非弹性散射的微分截面测量数据[1-4],但双微分截面的实验数据很少,在8 MeV附近只有一家7·5 MeV的数据[5],且只测量了4个角度,数据精度也较差。鉴于此,我们最近几年在这一能区测量了一些数据,以填补数据的空白,同时也为数据评价和模型计算提供必要的实验数据。

　　1　实验测量

　　实验测量是在中国原子能科学研究院HI-13串列加速器的多探测器快中子飞行时间谱仪[6]上进行,实验装置示于图1。谱仪由3个探测器和1个监视器组成,3个主探测器安装在屏蔽体上,谱仪可在导轨上移动以改变探测角度,监视器则以固定的角度和距离对准中子源,用于监测源的强度。实验的具体参数如下:入射d能量为5·80 MeV,平均流强约为0·3μA,脉冲束半高宽(FWHM)约为1·5 ns,脉冲频率为2 MHz;D气靶长度为40 mm,直径为10 mm,金底衬厚度为0·5 mm,入射Mo窗厚度为10μm,D气压为0·6 MPa,中子能量为8·17 MeV;靶中心到样品中心距离为20·0 cm;铁样品为天然铁,几何(中空圆柱形,中孔直径10 mm)为30 mm×35 mm,质量为171·526 g;聚乙烯样品几何(实心圆柱形)为25 mm×30 mm,质量为13·960 g,纯度大于99%;3个主探测器为BC501A,主探测器直径为17·78 cm,厚度为10·16 cm,飞行距离分别为607·08、653·48、509·08 cm,探测角度为30°~150°,探测阈(电子能量)为0·16 MeV;监视器为菧晶体,监视器直径为3·0 cm,厚度为3·0 cm,飞行距离约为6·0 m,与束流夹角约为60°,探测阈(电子能量)为0·95 MeV。

　　采用脉冲束和飞行时间(TOF)法实验测量11个角度(30°~150°)的次级中子飞行时间谱。对每个角度,都测量了有气-有样、有气-无样、无气-有样和无气-无样谱,以便能正确地扣除本底。除了铁样品,还用1个聚乙烯样品作采用脉冲束和飞行时间(TOF)法实验测量11个角度(30°~150°)的次级中子飞行时间谱。对每个角度,都测量了有气-有样、有气-无样、无气-有样和无气-无样谱,以便能正确地扣除本底。除了铁样品,还用1个聚乙烯样品作为标准样品,以便对测量截面进行归一。实验采用多参数测量方式,每个探测器探测到信号后都产生3个参数:脉冲高度(PH)、飞行时间(TOF)和脉冲形状甄别(PSD)。PH用于确定探测器的阈,从而确定探测器效率曲线;TOF用于确定中子的能量;PSD用于进行n-γ分辨。测量数据采用事件记录方式,即把实验事件的所有参数按逐个事件记录,以便于进行离线数据分析。数据获取系统采用SPARROWCORP公司开发的Kmax CAMAC数据获取系统,ADC转换的数据采用FERABus读出方式,这种读出方式速度较CAMAC读出方式快很多,因此,系统可承受较高的计数率。另外,Kmax CAMAC数据获取系统还能实现较强的实验数据的实时显示、在线分析、离线分析等功能。