热中子俘获反应对相应的快中子(n，2n)反应截面测量的影响

2014-09-07袁书卿宋月丽田明丽周丰群

华中师范大学学报（自然科学版） 2014年4期

关键词：快中子热中子中子

袁书卿，宋月丽，田明丽，李勇，周丰群

(平顶山学院电气信息工程学院，河南平顶山 467000 )

热中子俘获反应对相应的快中子(n，2n)反应截面测量的影响

袁书卿，宋月丽，田明丽，李勇，周丰群*

(平顶山学院电气信息工程学院，河南平顶山 467000 )

以14 MeV快中子引起的52Cr(n， 2n)51Cr反应截面的测量为例，研究热中子俘获反应对相应的快中子(n，2n)反应截面测量的影响.为比较热中子俘获反应50Cr(n， γ)51Cr对相应的快中子52Cr(n， 2n)51Cr反应截面测量的影响，在对样品包镉和不包镉两种情况下，分别测量了14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反应截面.单能中子用T(d， n)4He反应获得，中子通量用监督反应93Nb(n， 2n)92mNb测量，而中子能量通过93Nb(n， 2n)92mNb和90Zr(n， 2n)89m+gZr截面比法测定.将本实验结果与尽可能收集到的其它作者发表的数据进行了比较.

热中子俘获反应；快中子(n，2n)反应；截面；活化法

1实验过程

反应产物的γ放射性用国产CH8403同轴高纯锗γ谱仪测量，相对效率为20%，对1.33 MeV γ射线的能量分辨率为3 keV.对探测器的γ探测效率进行了精确刻度[15]：把美国国家标准局生产的SRM4275(Standard Reference Material 4275)型标准源放在距离高纯锗晶体20 cm处，进行该处的绝对效率刻度，得出绝对刻度曲线.由于在实际测量时，样品放在距离晶体2 cm处，所以用一组单能源分别在20 cm和2 cm处分别测出这两个位置各条γ射线的效率比，然后从这组不同能量的效率比和上述20 cm的绝对效率刻度曲线，计算出2 cm处的绝对效率刻度曲线.标准源的误差小于1%，在2 cm处所定的效率误差小于1.5%.被测剩余核的半衰期，γ射线的能量和强度，以及靶核的丰度列于表1中，这些数据取自文献[16].在计算γ放射性活度时，对中子注量率的波动、γ射线在样品中的自吸收、测量几何，以及级联γ的符合效应等进行了校正.

表1 本实验中活化产物的相关数据Tab.1 Decay data of the activation products used in the measurements．

2实验结果与讨论

反应截面的计算公式为[17]：

其中，下标“X”和“0”分别表示待测铬样品和铌监督片的值.式中ε为所测的特征γ射线全能峰效率；Iγ为特征γ射线的强度；η为所测核素的丰度；S=1-e-λT表示剩余核的生长因子(T是总的照射时间)；λ为衰变常数；M为样品质量；D=e-λt1-e-λt2为测量收集因子(t1是从照射结束到测量开始的时间间隔，t2是从照射结束到测量结束的时间间隔)；A为样品元素的原子量；C为实测的全能峰面积；F为总的γ活度校正因子，主要包括γ射线在样品中的自吸收校正、级联γ符合效应校正和几何校正等；K为中子注量率波动校正因子，其表达式为

式中，l是将照射时间分成的段数；Ti为第i段结束到全部照射结束之间的时间间隔；Δti为第i段的时间间隔；Φi是在Δti时间内入射到样品上的平均中子通量；Φ是在全部照射时间内入射到样品上的平均中子通量.

52Cr(n，2n)51Cr反应截面的测量结果列在表2中.为了便于比较，在表2中还列出了查到的有关文献的结果[1-13].93Nb(n， 2n)92mNb反应的截面值是根据文献[18]所给出的推荐值，用最小二乘法拟合出来的.本工作的主要误差来源有：计数统计误差，标准截面误差，探测效率，样品质量，γ射线的自吸收、测量几何以及能散中子的影响等.

表2 52Cr(n，2n)51Cr的反应截面Tab.2 Summing of the cross sections of the 52Cr(n， 2n)51Cr reaction

注:*表示样品包镉的测量结果.

从表2可以看出，在照射过程中对样品进行包镉处理与不包镉处理所测得的52Cr(n，2n)51Cr反应的截面值差别较大.在中子能量为13.5±0.2 MeV，14.1±0.1 MeV，14.4±0.2 MeV和14.6±0.2 MeV四个能量点，不包镉比包镉的截面值分别偏高约2%，15%，12%和20%.这主要是由于包镉时消除了热中子引发的50Cr (n，γ)51Cr反应对52Cr(n，2n)51Cr反应截面的影响.在误差范围内，未包镉处理的实验数据与文献[5，8]的结果一致，与文献[9-10]中的个别能量点结果也一致.包镉处理的实验数据与文献[3]的数据一致.在查到的其它文献中，除文献[6](截面值远比我们及其它所有文献值都小)外，其余的实验值一般都大于我们包镉处理后测得的截面值(特别是文献[11]在14.6 MeV能量点和文献[12]在14.1 MeV能量点的截面值远比我们及其它文献所给出的截面值都大).分析原因，这主要是由于热中子的50Cr(n，γ)51Cr反应造成的.

3结论

用活化法和高纯锗γ射线探测器得到了更加精确可靠的14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反应截面实验数据.在本文作者的实验中，尽管没有进行空靶实验，但采用了新的氚-钛靶，而且在照射样品时对样品进行了包镉处理，并放在适当的位置，低能中子的影响被减少到很低的水平.另外，用高纯三氧化二铬粉作靶材料，用分辨率更高的HP Ge γ射线探测器测量反应产物的γ放射性，计算核反应截面时采用了迄今为止最新最精确的核数据，所有这些使得我们的结果更精确更可靠.我们的测量结果对校验用于计算核反应截面的核模型的精度有重要意义，也期望有助于给出14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反应截面新的评价值，也有益于聚变堆的设计、评估和建造.

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The effect of the thermal neutron capture reaction on th cross section measurement of the corresponding (n， 2n) reaction induced by fast neutron

YUAN Shuqing， SONG Yueli， TIAN Mingli， LI Yong， ZHOU Fengqun

(Electric and Information Engineering College， Pingdingshan University， Pingdingshan， Henan 467000)