14MeV能区中子诱发232Th裂变碎片截面测量
第3章核裂变
解 该电站工作1年释放的能量为
E 0.85Pt 0.85 2800106 36586400 7.5061016 焦耳
发生裂变的235U的核为 N f E Ef 2.3461027
总共消耗的235U的核为 Na N f a f 1.169N f 2.7421027
总共消耗235U的质量为
σa(135Xe) : 2.7× 106 b σa(149Sm) : 40800 b σa(235U) : 680.9 b σa(239Pu) : 1011.2 b σa(238U) : 2.7 b 我们将上述具有很大热中子吸收截面的裂变产物称为毒素
还有一些裂变产物如237Np、241Am、243Am、129I和99Tc等， 具有很强的放射性和非常长的半衰期
nεpΛsf Λd: 被核燃料吸收的热中子数
3.4 链式裂变反应
（4）有效裂变中子数η
当一个热中子被核燃料吸收，除了引起235U裂变，还必须考虑 另外两种情况：被238U吸收或被235U吸收但未能引起核裂变
定义η: 一个热中子被核燃料吸收后平均发出的裂变中子数
对于纯235U ： f 2.08 a
3.4 链式裂变反应
2. 热中子反应堆的四因子公式
控 制 棒 屏蔽
反射层
冷却剂出口
减速剂 核燃料 热屏蔽 冷却剂进口
热中子堆结构示意图
假定反应堆的横向抛面图
3.4 链式裂变反应
（1）快中子增殖因数ε
初始裂变产生的部分快中子与238U核作用 并引起238U裂变而产生更多的快中子，这一 过程称为238U的快中子增殖效应
Eb (mU 235 mn mU 236 )c2 6.45MeV 对于238U
Eb (mU 238 mn mU 239 )c2 4.8MeV
Alpha谱仪实验
α射线能谱测量实验报告核工1201 林勇 20120983一、实验目的：1、了解α谱仪的工作原理及其特性。
2、掌握应用谱仪测量α粒子能谱的方法。
3、测量获取表中各种放射源在不同真空度下的能谱图，为不同放射源、不同真空度、不同探源距下α能谱的解谱方法研究准备数据，同时为α能谱库的建立做一些探索性工作。
二、实验容1、测定谱仪的能量分辨率，并进行能量刻度。
2、测量未知α源的能谱，并确定α粒子能量。
三、实验原理1、α放射源α放射源是以发射α粒子为基本特征的放射源。
α粒子能量一般为4-8MeV，在空气中的射程为2.5-7.5cm，在固体中的射程为10-20um。
由于α粒子穿透物质的能力弱，为此，设计制备α放射源时必须考虑源的自吸收。
目前工业用的α放射源主要有241Am、238Pu、239Pu、244Cm(锔)和210Po(钋)等，用量最大的是241Am源。
因为241Am容易生产，价格便宜，而且半衰期长。
常用α放射源核素数据2、α谱仪本次试验仪器拟采用西南科技大学国防重点试验室α能谱仪，该α谱仪为美国ORTEC公司生产的8通道α能谱仪，型号为：ALPHA-ENSEMBLE.ORTEC在α谱仪上采用超低本底和PIPS工艺（表面钝化、离子注入、可擦洗）硅探测器，同时真空舱室也为超低本底材料。
面积上提供300、450、490、600、900和1200平方毫米的选择，有效耗尽层100μm。
结构特性与性能指标：样品直径可从13mm至51mm。
探测器与被测样品之间有10档距离可选，相邻两档之间的距离差为4mm，最大距离可达44mm。
真空计：围10mTorr到20Torr（1 Torr ≈ 133.322 Pa）。
探测器偏压：围0±100V，大小和正负极性可调节。
漏电流检测器：围0到10,000nA，显示分辨率3nA。
脉冲产生器；围0到10MeV，稳定性<50ppm/ºC，脉冲的幅度可调。
数字化MCA(多道脉冲幅度分析仪)：通过软件可设置系统转换增益(道数)为256、512、1024、2048或者4096道，细调增益为0.25到1；增益稳定性：≤150ppm/ºC；每个事件的转换时间(死时间)：<2µs。
用于反应堆内相对中子通量密度在线测量的闪烁体光纤探测系统研制
用于反应堆内相对中子通量密度在线测量的闪烁体光纤探测系统研制白召乐;周琦;杨中建;刘锋;朱庆福;陈宝维【摘要】为实现反应堆不同空间和能量的相对中子通量密度在线监测,本文研究开发了一套新型的用于狭小空间且位置灵敏的闪烁体中子探测系统.该套系统由5种探头、5路光子计数器、1台计算机及相应的软件组成.5种探头的主要构成物质分别为6LiF+ZnS(Ag)、232ThO2+ZnS(Ag)、238UO2+ZnS(Ag)、9Be+ZnS(Ag)以及BGO晶体,故可测量不同能量的相对中子通量密度.其中,掺有6LiF的探头用于热中子的测量,BGO探头用于γ测量,其余3种探头用于快中子的测量.利用该系统进行了启明星1#装置内热中子及快中子的相对通量密度分布测量,并将测量结果与利用蒙特卡罗方法得到的理论分布结果进行了比较.考虑到理论设置参数与实际实验参数的差别,可认为测量结果是可信的.%In order to on-line measure the relative neutron flux density for different space and energy in the reactor,a new scintillator fiber detect system was developed.The system consists of five kinds of detectors,five photon counters,a computer and the corresponding software.The main composition materials of five detectors are 6LiF+ZnS(Ag),232ThO2+ZnS(Ag),238UO2+ZnS(Ag),9Be+ZnS(Ag) and BGO crystal,so the different energy relative neutron flux densities can be detected.The detector doped with 6LiF is used for thermal neutron measuring.BGO detector is used for gamma ray measuring.And the other three kinds of detectors are used for fast neutron measuring.The system was used for thermal and fast neutron relative flux density distributions measuring in Venus 1# assembly.The measuring data were compared withthe data gotten by Monte-Carlo method.The measuring data are considered to be credible considering the difference between the theory parameters and the real experiment parameters.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)009【总页数】7页(P1658-1664)【关键词】闪烁体光纤探测器;相对中子通量密度;在线测量;蒙特卡罗方法【作者】白召乐;周琦;杨中建;刘锋;朱庆福;陈宝维【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,北京 100084;西藏自治区环境保护厅,西藏拉萨 850000;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部,北京102413;中国辐射防护研究院保健物理研究所,山西太原 030006;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部,北京 102413;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部,北京 102413;中国辐射防护研究院保健物理研究所,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】TL816.3反应堆中子学参数均是通过中子通量密度测量得到的，如反映反应堆某位置的辐射能力及中子能量大小的中子能谱、反映反应堆中子通量密度热点的不均匀系数等，均需通过测量中子通量密度得到。
中子—核作用截面的实验测量
中子—核作用截面的实验测量中子-核作用截面是研究核反应和核结构的重要量子力学参数。
通过对中子-核作用截面的实验测量，可以获得关于中子与核相互作用的重要信息，包括中子的能量和角动量分布、核反应的截面、反应的几率等方面的信息。
下面将介绍几种常用的实验测量中子-核作用截面的方法以及它们的优势和局限。
1.中子俘获实验中子俘获实验是中子-核作用截面的常用实验方法之一、在实验中，通过在富中子环境下让中子与核相互作用，观察中子的损失和新产生粒子的反应。
根据新粒子的探测数量和强度，可以计算出中子与核相互作用的截面。
2.中子弹性散射实验中子弹性散射实验也是研究中子-核作用截面的重要方法。
实验中，将中子引入目标核，通过测量中子的散射角度和动能来获得中子与核的相互作用信息。
根据散射截面的大小和分布，可以了解中子与核的相互作用机制和性质。
3.中子不弹性散射实验中子不弹性散射实验是用来研究中子与核发生非弹性散射的实验方法。
在实验中，通过观察中子与核的相互作用后产生的新粒子来获得信息。
这些新粒子包括α粒子、质子、中子等。
根据新粒子的能谱和相对数目，可以确定中子与核的相互作用截面。
实验测量中子-核作用截面的优势和局限性如下：优势：1.实验测量可以提供准确的数据，可以更好地检验理论模型的预测结果。
2.实验测量可以获得关于中子-核相互作用性质的直接信息，有利于了解核反应和核结构等问题。
3.实验测量可以在广泛的能量范围内进行，从而获得更全面的中子-核作用截面数据。
局限性：1.中子-核作用截面的实验测量涉及到复杂的实验装置和技术，需要专门的设备和经验。
2.在实验中，中子束流的强度和纯度是关键因素，对实验结果有较大影响。
3.由于中子-核作用截面通常较小，需要长时间的实验测量来获取足够的统计数据，导致实验变得耗时和费力。
总之，中子-核作用截面的实验测量是研究核反应和核结构的重要方法。
通过中子俘获实验、中子弹性散射实验和中子不弹性散射实验等方法，可以获得关于中子与核相互作用的重要信息。
北航沙河校区土壤中^(40)K、^(238)U、^(232)Th相对含量的实验测量
第４０卷第５期大 学 物 理Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．５２０２１年５月ＣＯＬＬＥＧＥ ＰＨＹＳＩＣＳＭａｙ２０２１ 收稿日期：２０２０－０７－１９；修回日期：２０２０－０９－１４ 作者简介：司大伟（１９９９—），男，四川江油人，北京航空航天大学物理学院核物理专业２０１７级本科生．通信作者：孙保华，Ｅ ｍａｉｌ：ｂｈｓｕｎ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ北航沙河校区土壤中４０Ｋ、２３８Ｕ、２３２Ｔｈ相对含量的实验测量司大伟，孙保华（北京航空航天大学物理学院，北京 １００１９１）摘要：环境中天然伽马射线主要来源于４０Ｋ以及钍系、铀系和锕系．通过探测伽马射线来识别放射性核素并得到它们的相对含量，是核科学与核技术中的一个重要方法．利用高分辨的高纯锗探测器，北航以及国内部分高校已开设了鉴别环境中放射性核素的实验．在此基础上，本文进一步利用特征γ射线与递次衰变规律，对北航沙河校区土壤中的４０Ｋ、２３８Ｕ和２３２Ｔｈ的相对含量进行了测量，结果与普查数据一致．关键词：环境本底辐射；高纯锗探测器；递次衰变规律中图分类号：Ｏ５７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００ ０７１２（２０２１）０５ ００６７ ０４【ＤＯＩ】１０．１６８５４／ｊ．ｃｎｋｉ．１０００ ０７１２．２００３２５环境本底辐射包括宇宙射线与天然放射性核素放出的射线．天然放射性核素主要包括４０Ｋ以及钍系、铀系和锕系三条放射系．其中２３８Ｕ、２３２Ｔｈ分别是铀系与钍系的母核，对它们的鉴别以及二者的相对含量测量在环境评估、考古测年、能源开发等领域均是重要的一个环节．在高校开展针对４０Ｋ、２３８Ｕ和２３２Ｔｈ等核素的相对含量的拓展性实验，有利于培养学生利用核物理知识分析和解决实际问题的综合能力．２０１３年，在北航开设了利用高纯锗（ＨＰＧｅ）探测器测量特征伽马射线的实验［１］，并用于鉴别环境中的主要放射性核素．发现经过约５个小时的数据累计，即可识别３０余种特征伽马射线，同时也可以清晰地识别单光子逃逸峰、双光子逃逸峰和５１１ｋｅＶ单光子峰，它们对应于约１０种放射性核素．这个实验已经开设了６年，取得了良好的教学效果．整体看，这个实验不仅加深了学生对伽马射线与物质作用过程的理解，而且提高了对能量刻度、效率刻度和核素鉴别等重要知识点的掌握、并应用于解决实际问题的综合能力．在此基础上，本文介绍了一个新的拓展性研究实验，即如何通过探测特征γ射线计算４０Ｋ、２３８Ｕ和２３２Ｔｈ三种核素的相对比例．本文安排如下：首先介绍实验装置与测量装置，接着阐述本文所使用的衰变链与递次衰变规律公式，然后使用特征γ射线计数结合递次衰变公式计算出４０Ｋ、２３８Ｕ和２３２Ｔｈ的相对比例，最终将计算结果与普查数据进行对比．１ 实验装置本实验涉及到的仪器主要包括高纯锗探测器、放大器、环境本底屏蔽系统、３ｋＶ高压电源、多道分析器（ＭＣＡ）、示波器和计算机［２］．实验使用的高纯锗探测器为ＢＳＩ（ＢａｌｔｉｃＳｃｉ ｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）生产的ＧＣＤ－４０１９０，规格为３英寸，是同轴Ｐ型半导体探测器，其能量分辨率随γ射线能量变化为η＝０．１１３Ｅ－０．５γ－０．００２３，其中η为全能峰能量分辨率，Ｅγ为γ射线能量．本实验的环境本底屏蔽系统主要包括内层铜屏蔽层和外层铅层．该屏蔽系统的使用，使环境本底的计数从２８６个／秒降到了３．５个／秒，大大提高了对低水平放射性样品的探测灵敏度．测量时，放射源或者样品分别放置于低本底屏蔽系统内的托盘上，托盘与把手相连可上下移动调节放射源与探测器的距离．本实验用的低本底测量系统示意图如图１所示．在本文中，测量样本为北航沙河校区的土壤样本，测量有效时间为７５５９５ｓ．实验过程中，保持电子学仪器、测量条件参数不变，实验装置示意图如图２所示．６８ 大 学 物 理第４０卷图１ 低本底测量系统示意图，长度单位为ｍｍ图２ 实验装置示意图２ 实验原理２．１ 钍系与铀系地球上存在３个天然放射系，即钍系、铀系和锕系，它们的母体半衰期很长，其中大多数成员具备α放射性，少数具有β放射性，一般都伴随γ辐射，经过不断衰变最终都达到稳定的铅同位素，其中钍系与铀系的衰变过程如下所示．钍系：２３２Ｔｈ１．４０５×１０１０ａα，→ ６３ｋｅＶ２２８Ｒａ５．７５ａβ－，→ ６．６７ｋｅＶ２２８Ａｃ６．１５ｈβ－，→ ９１１ｋｅＶ……３．０５ｍｉｎα，→２６１４ｋｅＶ２０８Ｐｂ铀系：２３８Ｕ４．４７×１０９ａα，→１１３ｋｅＶ２３４Ｔｈ２４．１０ｄβ－，→ ７３．９ｋｅＶ２３４Ｐａ６．７ｈβ－，→ １００１ｋｅＶ……１３５ｄα，→ ８０３ｋｅＶ２０６Ｐｂ本实验２２８Ａｃ和２３４Ｐａ的特征伽马射线为９１１ｋｅＶ和１００１ｋｅＶ，它们所对应的伽马峰的峰康比比较高，即信噪比较高，而且统计较好．所以，结合递次衰变规律可以通过２２８Ａｃ与２３４Ｐａ的相对比例来计算２３２Ｔｈ与２３８Ｕ的相对比例．２．２ 递次衰变规律核衰变是指原子核自发地放出α或β等粒子而发生的转变，原子核衰变服从指数衰减规律，即Ｎ（ｔ）＝Ｎ０ｅ－λｔ（１）其中Ｎ（ｔ）表示ｔ时刻原子核数量，Ｎ０表示原子核初始数量，λ是一个常数被称为衰变常量．原子核的衰变往往是一代又一代的进行，直到最后达到稳定原子核为止，这种衰变叫做递次衰变．对于递次衰变系列Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→…→Ａｎ，其中Ａｎ为稳定核，依照式（１）列出递次衰变中所有核素的指数衰减公式并求解可以得出：当开始只有母体Ａ１时，可得第ｉ个放射体Ａｉ的原子核剩余数目Ｎｉ随时间的变化为［３］：Ｎｉ（ｔ）＝Ｎ１（０）（ｈ１ｅ－λ１ｔ＋ｈ２ｅ－λ２ｔ＋…＋ｈｉｅ－λｉｔ）（２）ｈｊ＝λ１λ２…λｎ－１（λ１－λｊ）…（λｎ－１－λｊ），１≤ｊ≤ｉ（３）式中λｉ为放射体Ａｉ的衰变常量．由上式得知只要各个放射体的衰变常量都已知，则任一放射体随时间的变化都可以计算得出．对于本文中２３２Ｔｈ与２３８Ｕ的相对比例可由下式给出，Ｎ（２２８Ａｃ）Ｎ（２３２Ｔｈ）＝ｈ１ｅ－λ１ｔ＋ｈ２ｅ－λ２ｔ＋ｈ３ｅ－λ３ｔｈ１ｅ－λ１ｔ（４）Ｎ（２３４Ｐａ）Ｎ（２３８Ｕ）＝ｈ′１ｅ－λ′１ｔ＋ｈ′２ｅ－λ′２ｔ＋ｈ′３ｅ－λ′３ｔｈ′１ｅ－λ′１ｔ（５）上式中ｔ为地球年龄，取４６亿年．３ 实验结果分析与讨论首先利用标准放射源１３３Ｂａ与１５２Ｅｕ进行能量和效率刻度［４］，接着在同样的条件下测量土壤样本，对２３８Ｕ、２３２Ｔｈ的相对比例分别使用其自身特征γ射线（称为“直接计算”）和式（４）、（５）（称为“间接计算”）两种方式进行计算，最后将两种计算结果与普查数据进行对比分析．３．１ 能量刻度对１３３Ｂａ与１５２Ｅｕ标准放射源的特征γ射线能量（Ｅγ）与对应的道址（ＣＨ）做线性拟合得到能量刻度为Ｅγ＝（０．３７４８±０．０００１）ＣＨ－（１．６９±０．０５）（６）依据能量刻度曲线，可得到刻度后的土壤样品的能谱（已扣除环境本底），如图３所示，其中标注了部分强度较高以及本文所用到的全能峰．详细的核素鉴别结果可查阅论文［５］．３．２ 效率刻度ＨＰＧｅ全能峰效率ε可以由下式得出：第５期司大伟，等：北航沙河校区土壤中４０Ｋ、２３８Ｕ、２３２Ｔｈ相对含量的实验测量６９ １：２３２Ｔｈ；２：ＢｉＫα２；３：ＢｉＫα１；４：２３８Ｕ；５：２１２Ｐｂ；６：２１４Ｐｂ；７：２１４Ｐｂ；８：２０８Ｔｌ；９：２１４Ｂｉ；１０：２２８Ａｃ；１１：２３４Ｐａ；１２：４０Ｋ；１３：２０８Ｔｌ图３ 土壤样本γ能谱．内插图为低能部分放大能谱ε＝ＮΩＴＢγＡＦ（７）其中Ｎ是全能峰的净计数，Ω是探测器对土壤样品的张角，Ｔ是测量的活时间，Ａ为放射源活度，Ｂγ为特定伽马射线的发射概率．Ｆ为符合修正因子．在对γ射线进行探测时会出现符合事件（两个或两个以上同时发生的事件）会对计数造成影响，需要使用符合修正因子进行修正，本文中认为Ｆ＝１．全能峰探测效率与能量Ｅγ间存在一定的关系．因为立体角等因素的限制，很难直接进行绝对效率的刻度，一般利用１５２Ｅｕ和１３３Ｂａ等标准放射源放置于同一位置测量对应的全能峰计数，通过比率法消除探测器立体张角等的影响．通常，可以利用多项式描述出ｌｏｇε－ｌｏｇＥγ曲线，即ｌｎεγ＝ａ１＋ａ２ｌｎＥγ＋ａ３（ｌｎＥγ）２＋ａ４（ｌｎＥγ）３（８）其中Ｅγ为全能峰能量，ε为对应伽玛射线的探测效率．通过拟合实验数据，可得效率刻度为ｌｎεγ＝０．１３７３（２）（ｌｎＥγ）３－２．６３６０（６）（ｌｎＥγ）２＋１５．９９９２（４）ｌｎＥγ－２７．７９４（７）（９）相关结果展示在图４中．图４ ＨＰＧｅ探测器的效率刻度曲线，Ｅγ单位为ｋｅＶ３．３ 相对含量计算表１整理了所测样品中４０Ｋ以及钍系、铀系放射系中部分特征γ射线、对应的强度以及在能谱中的净计数．净计数由样本计数扣出低本底屏蔽系统的伽马计数得出，其不确定为统计误差．发射概率及其误差取自ＮＮＤＣ网站［６］．表１ ４０Ｋ、钍系和铀系放射系中的部分特征γ射线能量及其强度（Ｉγ），以及它们在土壤样本中的统计．核素能量／ｋｅＶＩγ／％净计数４０Ｋ１４６０．８３（４４）１０．６６（１７）５２９２（７６）２３８Ｕ１１３．０１（２５）０．０１００（１５）９３（１４）２３２Ｔｈ６３．６５（２４）０．０２０（１３）２１（２）２２８Ａｃ９１１．１５（３８）２５．８（４）１０９８（３５）２３４Ｐａ１００１．００（３９）０．８４０（８）１９１（１６）分别利用２３８Ｕ、２３２Ｔｈ的自身的特征γ射线１１３ｋｅＶ和６３．６ｋｅＶ的计数（直接计算）以及它们分别的衰变核２３４Ｐａ与２２８Ａｃ的１００１ｋｅＶ和９９１ｋｅＶ的计数（间接计算）得到的结果整理在表２中．其中２３２Ｔｈ的含量已归一为１．表２ ２３８Ｕ与２３２Ｔｈ的直接计算与间接计算结果核素能量／ｋｅＶ效率相对含量直接计算４０Ｋ１４６０．８３（４４）６．２３（８）１．５０（５）２３８Ｕ１１３．０１（２５）３０．０７（３）５．８３（７２）２３２Ｔｈ６３．６５（２４）２０．０７（１２）１．００（２７）间接计算４０Ｋ１４６０．８３（４４）６．２３（８）１２．６８（４２）２３８Ｕ９１１．１５（３８）８．８１（１４）４．４３（２２）２３２Ｔｈ１００１．０（３９）８．１５（１３）１．００（９）３．４ 结果讨论１９８５年北京市防疫站使用ＮａＩ（Ｔｌ）—反符合低本底γ谱仪开展了对北京市各区县环境本底的测量工作［７］．普查结果整理在表３中，为了便于对比，表３也列出了本文的计算结果．通过对比可知，直接计算得到的２３２Ｔｈ：２３８Ｕ：４０Ｋ＝１：５．８３：１．５０，间接计算的结果为２３２Ｔｈ：２３８Ｕ：４０Ｋ＝１：４．４３：１２．６８，标准对照表中结果为２３２Ｔｈ：２３８Ｕ：４０Ｋ＝１：（０．０４～４．６７）：（４．７８～８７．５）．可以看出间接计算的结果在普查结果范围内，而直接计算超出了普查结果范围．在直接计算中，由于２３２Ｔｈ和２３８Ｕ的特征伽马射线能量较低，峰康比仅为２．６２和２．２７，康普顿坪对计数的影响很大，不利于直接将２３８Ｕ、２３２Ｔｈ自７０ 大 学 物 理 第４０卷身的特征γ射线带入计算；另一方面，２３８Ｕ和２３２Ｔｈ衰变链上２３４Ｐａ和２２８Ａｃ的特征γ射线能量约为１ＭｅＶ，峰康比为５．９和５．３，计数更加准确且统计更好．当然，钍系和铀系中的特征γ射线并不仅限于本文中讨论的两条，其他的候选核素包括２０８Ｔｌ、２１４Ｂｉ等，所以可以对本文中的实验内容进一步拓展，检验选用不同特征γ射线时结果的自洽性．表３ 北京土壤中天然放射性核素相对含量与本文的计算结果地区４０Ｋ２３８Ｕ２３２Ｔｈ北京均值１７．９０．５１．００波动范围８．６～３５０．０７～１．５０．４～１．８直接计算１．５０（５）５．８３（７０）１．００（２５）间接计算１２．６８（４２）４．４３（２２）１．００（９）４ 总结本实验利用高纯锗探测器测量了北航沙河校区的土壤样本中４０Ｋ、２３８Ｕ、２３２Ｔｈ的相对含量，测量结果与１９８５年普查结果一致．本实验也可以通过计算其他核素如２０８Ｔｌ、２１４Ｂｉ来计算２３２Ｔｈ与２３８Ｕ相对含量［８］，进一步考察在衰变链中选择不同核素对计算结果的自洽性．参考文献：［１］ 吴冶华．原子核物理实验方法［Ｍ］．３版．北京：原子能出版社，１９９６：１４９ １５２．［２］ 于华伟，首祥云，郭俊鑫．无放射源伽马能谱测量实验设计［Ｊ］．大学物理，２０１４（３）：４７ ５０．［３］ 卢希庭．原子核物理［Ｍ］．３版．北京：原子能出版社，２０００：２６ ２７．［４］ 周晓波．环境样品中γ放射性活度测量比对［Ｊ］．核电子学与探测技术，２０１１，３１（０１）：９ １２．［５］ 屈苗．环境本底伽马辐射实验测量［Ｊ］．大学物理，２０１５，３４（０１）：６２－６５［６］ Ｎａｔｉｏｎａｌｎｕｃｌｅａｒｄａｔａｃｅｎｔｅｒ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０２０－７－１４］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｎｄｃ．ｂｎｌ．ｇｏｖ．［７］ 林莲卿．北京地区土壤中２３２Ｔｈ、２２６Ｒａ、４０Ｋ浓度及其对天然γ辐射剂量的贡献［Ｊ］．辐射防护，１９８５，５（０５）：３４１ ３４２．［８］ 付伟豪．环境土壤样品的放射性活度测量［Ｊ］．科技展望，２０１４（１２）：６９ ７１．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｓｏｆ４０Ｋ，２３８Ｕａｎｄ２３２ＴｈｉｎｔｈｅｓｏｉｌａｔＢｅｉｈａｎｇＳｈａｈｅｃａｍｐｕｓＳＩＤａ ｗｅｉ，ＳＵＮＢａｏ ｈｕａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎａｔｕｒａｌｇａｍｍａｒａｙｓｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｍａｉｎｌｙｃｏｍｅｆｒｏｍ４０Ｋａｎｄｔｈｅｔｈｏｒｉｕｍｓｅｒｉｅｓ，ｕｒａｎｉｕｍｓｅｒｉｅｓａｎｄａｃｔｉｎｉｕｍｓｅｒｉｅｓ．Ｉｔｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｎｕｃｌｉｄｅｓａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｓｉｎｎｕｃｌｅａｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡｔＢｅｉｈａｎｇａｎｄｓｏｍｅｄｏｍｅｓｔｉｃｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ，ａｌａｂｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅｎｕｃｌｉｄｅｓｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｖｉａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｇａｍｍａｒａｙｓｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙｇｅｒｍａｎｉｕｍｄｅｔｅｃｔｏｒｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｅｗｌａｂｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｏｄｅｄｕｃｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｓｏｆ４０Ｋ，２３８Ｕ，ａｎｄ２３２ＴｈｉｎｔｈｅｓｏｉｌａｔＢｅｉｈａｎｇＳｈａｈｅＣａｍｐｕｓｉｓｒｅｐｏｒｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｏｎｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｇａｍｍａｒａｙｓａｎｄｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｄｅｃａｙｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｄａｔａｍｅａｓｕｒｅｄｉｎ１９８５．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｒａｄｉａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ－ｐｕｒｉｔｙｇｅｒｍａｎｉｕｍｄｅｔｅｃｔｏｒ；ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｄｅｃａｙｌａｗ。
复合核理论
C*
BB23
b2 b3
......
......
根据无关性假设应有如下关系：
对于入射道 a1 A1 引起的各种反应道截面为：
a1b1 CN (Ea1 ) Wb1 (E * )
a1b2 CN (Ea1 ) Wb2 (E * )
a1b3 CN (Ea1 ) Wb3 (E * )
成复合核的截面特别大。
对于 27 Al(n n)27Al核反应：
27 Al n28Al*27Al n
入射粒子和靶核的结合能为：
Ba A M 27 Al mn M 28Al 931.5MeV
26.9815391.008665 27.881905931.5MeV 7.731MeV
处的宽度) ~ eV 量级，而相邻共振峰之间的距离D ~ 10eV 量级，这比典型
的单粒子能级小105倍之多。 对于上述能级特征，用单粒子模型在势阱（实势阱）中的运动来反映靶核
与入射粒子的相互作用无法得到密而狭的共振面，只能得到巨共振截面，所以 势阱模型就被放弃，代替它的是N.Bohr的复合核模型。
利用能级宽度，把核反应
A a C* B b
的截面表示为：
ab
CN
b
62Cu
p
n
63Zn n
60 Ni
64Zn *
62Zn 2n
62Cu
p
n
由图可见，在实验误差范围内，可 以得到：
p,n : p,2n : p, pn ,n : ,2n : , pn
北大讲义1章Q
第一章，引言1.1 能源需求1，能源需求的预测受控热核聚变研究来源于人类对能源的需求。
历史上，特别是在近代以来，人类的生活和生产主要依赖化石能源（煤、石油、天然气）。
然而20世纪以来，由于人口的急剧增加、生产的发展和生活水平的提高，不能再生的化石能源已面临枯竭的前景。
目前各种能源的储量和根据目前消耗水平所估计的可用年数如表1-1-1所示。
表1-1-1，各种能源储量和可用年数能源储量(109J) 可用年数(目前耗能水平)石油 1.2×101340天然气 1.4×101350煤 1.0×1014300铀235（裂变堆）101330铀238钍232（增殖堆）101630000197我国能源的生产和消费也存在类似前景。
根据预测，我国将在2050年基本实现现代化，人均生产总值达到中等发达国家水平。
这时的能源需求大约为2000年的4倍左右。
而我国的石油生产将在2020-2030年间达到高峰，然后逐步下降。
天然气生产在2030年后将有很快增长，在2050年达到高峰。
届时在能源结构中，石油天然气和水电以外的大约80%的能源需求必须主要由煤和核能承担。
我国煤的储量丰富，可基本满足本世纪的需求，但受到运输能力和环境污染的限制。
二氧化碳排放已成国际政治问题，尚无很好的解决方法。
2，核能的发展所以无论世界和我国，必须重点发展核能。
裂变能源已成为相对成熟的技术。
但有开采价值的裂变燃料的储量也是有限的。
在天然铀中，可进行链式反应的铀235只占很少数量（相对丰度，即原子百分数，235U为0.720%。
此外还有234U占0.005%。
其余99.275%为238U）。
单纯以铀235为燃料的裂变堆只能提供几十年的能量消耗。
然而，有较丰富储量的铀238和钍232可接受中子分别反应生成可作为裂变燃料的钚239和铀233。
前一反应是铀238和中子反应生成铀239，铀239经两次β衰变后得到钚239。
后一反应是钍232和中子反应生成钍233，钍233经两次β衰变后得到铀233。
核聚变发展史
1 绪论1.1聚变能能源作为社会进步的三大支柱之一，是社会进步和人民生产生活所需的基本条件。
伴随着社会的发展，特别是我国现阶段的快速发展，对能源的需求更加旺盛。
能源问题不仅关系我们国家未来的发展，更关系到人类未来的发展方向。
能源问题与民生国事紧密相联，国家要发展，能源结构和能源体系必需合理完整。
而我国的能源体系发展比较畸形，化石燃料的应用比例较高。
就电力系统而言，煤电所占比重超过70%。
目前，全世界每年新探明的石油储量小于当年的开采量，呈现了石油的总危机。
煤的储量比石油丰富。
然而，这类化石燃料的资源终究很有限的。
目前已知可利用的化石燃料热值估约100 Q(1 Q=1.05×102 J），设全球每年消费能量1 Q(为目前的5倍)，只敷百年之用。
自从20世纪中叶开始建立裂变原子能电站以来，至今它已发展为成熟的技术。
虽然核裂变燃料（铀）的热值比碳氢燃料高得多，但是根据目前的估计，对于有开采价值的铀矿来说，即使应用增殖堆来增殖燃料，其可利用的热值总数200 Q，也只够两个世纪的需要。
通过各种能源的应用比较，许多人认为要想最终解决人类的能源问题，必须大规模的发展核能。
核能的应用主要有两种方式：核裂变和核聚变。
而核聚变仍热存在原燃料枯竭和环境污染等问题，所以能源问题的最终解决途径还得归结到核聚变的发展。
而核聚变最大的优势之一是其丰富的燃料储量，其来源是海水蕴含极丰富的氢元素的同位素氘和氚。
1克氘完全燃烧相当于8吨煤燃烧所释放的能量。
因此，核聚变即是清洁的、又是用之不竭的能源。
因此，有必要发展受控热核聚变以弥补化石燃料与核裂变燃料带来的能源缺点。
受控热核聚变的燃料是重氢－氘,它普遍地存在于自然界的水中。
重水(D2O)约占水分子数的七千分之一。
聚变燃料具有很高的热值，1公斤氘相当于4公斤的铀(235U)，8600吨汽油，或11000吨煤，也就是1桶水的聚变能抵400桶的汽油。
全地球水的总聚变潜能为1.5×1010Q，足供人类使用百亿年，超过迄今为止地球的历史年龄。
核素裂变截面分析
核素裂变截面分析6.1 核反应截面测量原理6.1.1 裂变截面的计算公式推导假定样品质量为M ，母核X 的原子量为A ，丰度为η，测量时间为T 3，反应道X(n,b)Y 的截面值为σ，样品辐照时间为T 1，辐照期间的平均中子注量率为φ（由27Al(n,α)24Na 监测反应测得）冷却时间为T 2，如图6.1.1所示。
t 0 t 1 t 2 t 3图6.1.1 时间示意图根据人工放射性随时间的生长规律[20]，在样品辐照时间T 1内的任一时刻t ，单位时间内产生放射性子核Y 的净数目为：N N AMdt dN A ληφσ-= (6.1.1) 式中，N A 为阿伏伽德罗常量，λ为生成子核Y 的衰变常量。
由初始条件t=0时，N=0解式（6.1.1）可求得，在辐照时间T 1内的任一时刻t ，样品中生成子核Y 的数目为：)1()(t A e A MN t N λληφσ--=(6.1.2)照射结束（t=T 1）时，样品中生成子核Y 的数目为：ληφσληφσλA S MN e A MN T N A tA =-=-)1()(1 (6.1.3)式中，11Te S λ--=称为饱和因子。
开始测量（t=T 1+T 2）时，样品中生成子核Y 的数目为：212)1()()(121T T A T e e A MN eT N T T N λλλληφσ----==+(6.1.4)设生成的放射性核Y 放出的特征γ射线的分支比为I γ，探测器对其全能峰探测效率为p ε，在测量时间T 3内，测到特征γ射线的全能峰计数为C ，计数的总校正因子F=F s *F c *F g （随后给出计算公式的详细推导），中子注量率随时间波动的校正因子K ，则有效的特征γ射线的全能峰计数应为：⎰-+=⋅321)(T p t dtI e T T N C F ελγλ)1()1(321T T T pA e e e AI K MN λλλγλεφση-----=SD AI K MN pA λεφσηγ=(6.1.5)式中，)(32232)1(T T T T T e e e e D +-----=-=λλλλ称为测量收集因子。
核电人必须掌握的知1
其中σ为微观截面，N 为核密度。如果σ的单位为靶恩，N 的单位为 1/cm3，则Σ的单位为 1/cm， 可见宏观截面的物理意义是中子行走单位长度路程中与原子核发生反应的几率。 我们 把 1/Σ记为，称之为平均自由程，它表示粒子在靶物质中连续两次相互作用之间穿行的平 均距离。 单位体积内中子数与中子速度（常采用中子的平均速度）之积，称为中子通量。中子通 量表示在单位时间内穿过与其速度矢量方向垂直的单位面积的中子总数。 中子通量通常用Φ表示。这样，原子核与中子之间反应率的基本公式是：
235 92 2 3
U ）分裂成较轻的原子核，这就是裂变反应。
由于存在质量亏损，这两种核反应都伴随着大量的能量释放，而且每次聚变反应所释放的 能量数倍于裂变反应。目前商用核反应堆采用的都是裂变反应。聚变反应亦称热核反应， 需要在很高温度下（几千万度）才能进行，难以控制，现尚处于实验室研究阶段。
（图 1.1）
235 92
U 裂变反应式为：
235 92
Un X 1 X 2 2.43 n 能量
其中 X1 和 X2 表示裂变碎片。
235 92
U 裂变反应时，会形成 60 余种不同的碎片，这些碎片通过
衰变产生约 250 种不同的核素，称为裂变产物。裂变碎片的质量分布见图 1.3。图中曲线呈 现出两个明显的峰，分别位于质量数 95 和 140 附近，而分裂成质量数恰好相等的两半的几 率很小，大约只占 0.01%。裂变碎片会发生一系列的衰变，具有很强的放射性，主要是和 射线，其中有些核素半衰期较长，给核燃料后处理带来困难。
235 92 239 235 U 、 233 92 U 、 94 Pu ）在较低能量的中子轰击下能发生裂变反应，其中仅 92 U 是以自然 235 92
反应堆物理分析CHAPTER 1-4
燃料消耗率的计算
单位时间堆内的总裂变率为
Ff =3.125×1010 P
则其吸收率为
Fa=Ff· a/δ f=(1+α )3.125×1010P δ
因而燃料的消耗与功率
G Fa A N A 10
3
4.48 10
12
(1 ) P A
kg / d
对于235U ，α =0.18 ，堆的运行功率为1MW，则 该反应堆的235U消耗率为1.24×10-3 kg/d
Fission neutron
Fission
n new fission neutrons
k-无穷：四因子公式
k f p
-由一个初始裂变中子所得的慢化到238U裂变阈能以下的平均中子数
p 逃脱共振俘获的概率 f 被燃料吸收的中子数占堆芯物质吸收中子总数的份额
燃料每次吸收一个热中子产生的平均裂变中子数
核裂变
Nuclear fission
核裂变是反应堆内最重要的核反应。 原子核吸收一个中子后，分裂成两个质量相近的 核素。
同位素233U、235U、239Pu、241Pu在各种 能量的中子作用下都能发生裂变，因此称 为易裂变同位素（裂变同位素）。 同位素232Th、238U、240Pu只有在能量高 于某一阈值的中子作用下才发生裂变，称 为可裂变同位素。
燃料裂变时能量的释放 (MeV)
易裂变燃料
233U 235U 239Pu 241Pu
可裂变燃料
232Th 234U 236U 238U 237Np
190.0+/-0.5 192.9+/-0.5 198.5+/-0.8 200.3+/-0.8
反应堆物理第四章(2)截面变化规律
235U核吸收中子后并不是都发生裂变的，有的发生辐射 俘获反应而变成236U。辐射俘获截面与裂变截面之比通 常用α表示，称为俘获－裂变比。
α = σγ σf
α与裂变同位素的种类和中子能量有关。在反应堆分
析中常用到另一个量，就是燃料核每吸收一个中子后
平均放出的中子数，称为有效裂变中子数，用η表示
。
η = νσ f = νσ f = ν
吸收截面
轻核，由于其第一个激发态的 能量比重核高，所以轻核在 中能区一般不出现共振峰， 只有能量达到MeV才出现这 种共振峰。和重核窄而高的 共振峰不同，轻核的共振峰 宽而低。 因此在热中子反应堆中共振吸 收主要考虑重核（如238U核） 的吸收。
3、在高能区（E＞ 103eV ） 随着中子能量的增加，共振峰间距变小，共振峰开始重叠 ，以致不再能够分辩，微观吸收截面随能量的变化，虽有 一定的起伏，但变得缓慢平滑了。而且截面数值很小。
（二）非弹性散射截面
有阈能，质量数越大的 核，阈能越低
当中子能量小于阈能时 ，σ in为零；而当中子能 量大于阈能时，σ in 随 着中子能量的增加而增 大。
几种反应堆常用材料的非弹性散射截面
（三）性散射截面
较低能量中子与多数元素的散射都是弹性散射
σ
，且基
e
本为常数，截面值大约为几靶。
。
氢俘获吸收截面
硼的总截面
吸收截面
¾ 重核和中等质量核 （例如U-235，U-238，Pu-239，
Cd-112等）在低能区有共振吸 收现象，其吸收截面偏离1／v 规律，故需要进行非 1/v 修 正。
σ a (E) == σ a (0.0253 ev)
0.0253 E ga
= σ a (293K )
2013年注册核安全工程师-综合知识-第2章
A 238U B 244Cm C 249Bk D 252Cf E 255Fm
《核安全综合知识》
2．诱发裂变
能发生自发裂变的核素不多，大量的裂变过程是诱发裂变； 当具有一定能量的某粒子轰击靶核时，形成的复合核发生
裂变，其过程记为A(a,f1)f2或A(a,f)，其中a是入射粒子 f1、 f2、或f代表裂变碎片或裂变； 诱发裂变中，中子诱发裂变是最重要的； 中子与靶核没有库仑势垒，能量很低的中子就可以进入核 内使其激发而发生裂变。裂变过程又有中子发射，可能形 成链式反应 热中子（入射中子能量为0.0253eV）即可引起235U诱发裂 变： 235U(n,f)，
《核安全综合知识》
第三节 反应性与反应性的控制 一、反应性概念 二、影响反应性变化的各种因素 三、反应性的控制 第四节 核反应堆内的释热与传热 一、核反应堆热源及其分布 二、传热的基本方式 三、单相流体的对流换热 四、沸腾传热 五、沸腾危机 六、临界热流密度和偏离泡核沸腾比
《核安全综合知识》
2. 裂变能及其分配
根据能量守恒定律，重核发生二分裂的裂变能可以表示为
Qf =ΔMc2=[M*(Z0, A0)－M(Z1, A1)－M(Z2, A2)－vmn]c2 M*(Z0, A0)代表激发态复合核的原子质量；M(Z1, A1)，
M(Z2, A2)为发射中子后的碎片经β衰变而形成的两个稳定 核的原子质量；v为裂变中发射的中子数。若用最终形成 的稳定核表示裂变产物，的热中子诱发裂变为
《核安全综合知识》
裂变后的过程可由图2-1示意：
《核安全综合知识》
1．裂变碎片的质量分布
裂变碎片的质量分布，又称裂变碎片按质量分布的产额， 具有一定的规律性。发射中子前和发射中子后的碎片的 质量分布有些差异，但基本特征是相同的。
14MeV能区中子诱发238U裂变碎片截面测量
14MeV能区中子诱发238U裂变碎片截面测量众所周知，238U和235U同是自然界存在的铀的同位素，但是只有235U能够直接用于热中子反应堆作为核能发电的燃料，而自然丰度超过99%的238U由于存在裂变阈能，只有能量超过1.1MeV的快中子才能诱发其发生裂变，但却无法实现其自持链式反应，因而238U不能直接作为实用的核燃料。
但是235U的含量少、提纯复杂等缺点，成为了核能可持续发展的严重阻碍，因此，快中子诱发238U的裂变反应，将会成为未来核能开发利用的一个新的发展方向。
从而，建立和完善238U的快中子裂变截面数据库就显得尤为重要。
目前建立起来的相对较为准确的相对法测量核反应截面的计算公式，已经开始应用于诸如232Th等重核的中子裂变截面的实验测量工作之中，并且14MeV能区中子诱发232Th 裂变，生成裂变碎片的截面测量工作也早已有相关报道。
然而，同为可转换核素的238U的裂变碎片截面测量工作到目前为止还尚未开展。
因此，在本次工作中，我们使用了14MeV能区中子诱发238U发生裂变反应，首次测量得到了其中两个裂变反应道的裂变截面值。
在本文中，我们采用D-D/T中子源产生的14MeV能区强流中子，轰击238U的无水化合物硝酸铀酰（化学式UO2(NO3)2），引发238U(n,f)X裂变反应。
使用低本底高纯锗(HPGe)γ谱仪测量得到了裂变产物的活化能谱，再结合相对法测量核反应截面的计算公式，较为准确地测量得到了89Rb、130Sb的裂变截面值和134Te、138Xe 的生成截面值；并且利用文献中给出的扣除β衰变对核反应截面影响的计算公式，通过计算给出了裂变产物中的134I和138Cs全部是由它们各自的先驱核134Te 和138Xe通过β衰变而得到的，不会直接由母核裂变产生这一重要结论。
关键词: 14MeV中子；238U；89Rb；130Sb；裂变截面1.1 中子引起核反应截面测量的意义自21世纪以来，在当今世界经济高速发展和科学技术不断进步的同时，煤炭、石油等化石燃料的开采和燃烧给地球的生态环境带来了日益沉重的负担。
中子测井介绍
岩石对热中子的宏观俘获截面Εa：
微观俘获截面σ：一个原子核俘获热中子的几率； 宏观俘获截面Εa：一立方厘米所有原子微观俘获截面的总和。常 见元素中：
几种核素的微观俘获截面
Cl
H
C
O
Mg
31.6Βιβλιοθήκη 0.329 0.0045 0.0016
0.40
Ag
Si
Ca
0.215 0.13
0.43
结论：氯元素的俘获截面最大。岩石对热中子的俘获能力主 要取决于含氯量（矿化度、地层水含量）
内容
第一节 中子测井的核物理基础 第二节 超热中子测井(探测超热中子密度SNP) 第三节 补偿中子孔隙度测井(探测热中子密度CNL) 第四节 中子伽马测井 (探测伽马射线NG)
第一节 中子测井的核物理基础
一、中子和中子源 二、中子和物质的作用 三、中子探测器
一 、中子和中子源
1.中子
中子—— 原子核中不带电的中性微小粒子， 与质子以很强的核力结合在一起。
快中子+靶核=>激发态复核=>能量较低中子+非弹性散射伽玛 射线=>基态靶核
特点：将入射中子靶核作为一个系统，碰撞前后能量(动能) 发生损失，所以是非弹性散射，或称（n，n’）核反应，放 出的伽马射线称为非弹性散射伽马射线。
能量大于14MeV的中子发生非弹性散射的几率较大， 而能量<5MeV的中子发生非弹性散射的几率较小。
中子测井
利用中子和地层的相互作用的各种效应，来研究井剖 面地层性质的各种测井方法的总称。它包括中子—热中 子、中子—超热中子、中子—伽马测井、中子活化测井 以及非弹性散射伽马能谱测井和中子寿命测井。
核反应堆物理分析
23592U + 01n → [23692U]* → 23692U +γ
a
16
1.2 中子截面和核反应率
1.2.1 微观截面
ΔI=-σINΔx 式中σ为比例常数，称为微观截面，它与靶核的性质和 中子的能量有关，
I I/I
INx Nx
ΔI/I为中子束中与靶核发生作用的中子所占的比例； NΔx是对应单位面积上的靶核数。
核
第一个激发态/MeV
第二个激发态/MeV
12C 16O 23Na 27Al 56Fe 238U
4.43 6.06 0.45 0.84 0.84 0.045
a
7.65 6.14 2.0 1.01 2.1 0.145
12
弹性散射：弹性散射在中子的所有能量范围内都能发生。 它可分为共振弹性散射和势散射。前者经过 复合核的形成过程，后者不经过复合核的形 成过程。
按引起裂变反应的中子能量不同：热中子反应堆和快中子 反应堆。
a
4
1.1 中子与原子核的相互作用
1.1.1 中子 中子是组成原子核的核子之一,中子不带电,它与原子
核不存在库仑相互作用,它亦不能产生初级电离。自由中 子的不稳定，可通过β衰变转变成质子,半衰期为10.3分 钟。在热中子反应堆中瞬发中子的寿命约为10-3 ～10-4 秒,比自由中子的半衰期短很多,因此在反应堆分析中可 以不考虑自由中子的寿命。
x Nixi
i
对于化合物，分子量为M, 密度为ρ，每个化合物分子中含
第i种元素的原子数目为υi则化合物中第i种元素的核子 密度为：
Ni
i
N0
M
a
14.8MeV中子诱发232Th裂变产额测量
ｔ ｉ ｏ ｎ ２ ０ ０ ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ，４ ７ ｃ ｈ ａ ｉ ｎ ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ
第４ ７ 卷第 ６ 期
２ ０ １ ３ 年６ 月
原子Βιβλιοθήκη 能科学技
术
Ｖｏ １ ． ４７， Ｎ ｏ． ６
Ａｔ ｏ ｍｉ ｃ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｓｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
１ ４ ． ８ Ｍｅ Ｖ 中子诱 发 ２ ３ ２ Ｔ ｈ裂 变 产 额 测 量
素 ｕ或 ∞Ｐ ｕ 裂 变 释放 的 中子 辐照 孙 。 Ｔ ｈ ， 使 之
转 换 为易 裂 变 的孙 。 Ｕ， 转 换 生 成 的。 。 。 Ｕ 在 反 应
启 了钍 铀燃 料循 环研 究 的大 门 。
相 对 于铀钚 循 环 ， 与 钍 铀 燃 料 循 环 相关 的 核 数 据 明显 不 足 ， 所 以 有必 要 开展 相 关 的中子
ＬＩ Ｕ Ｓ ｈ ｉ — ｌ ｏ ｎ ｇ ，ＹＡＮＧ Ｙｉ ，Ｆ ＥＮＧ Ｊ ｉ ｎ ｇ，ＺＨ ＡＮＧ Ｃｈ ｕ ｎ — ｌ ｉ ，ＣＨ ＥＮ Ｈｏ ｎ ｇ — ｔ ａ ｏ
（ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ０ ７ ｌ Ｎｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ Ｄａ ｔ ａ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ａｔ ｏ ｍｉ ｃ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ，Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ２ ４ １ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
14.8 MeV中子诱发232Th裂变产额测量
14.8 MeV中子诱发232Th裂变产额测量
刘世龙;杨毅;冯晶;张春利;陈红涛
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2013(047)006
【摘要】本工作采用直接γ能谱法测量了14.8 MeV中子诱发232 Th裂变的62个产物核的累积产额相对值,通过链产额之和200％归一的方法得到了47个质量链的链产额实验数据,数据精度好于10％.
【总页数】6页(P901-906)
【作者】刘世龙;杨毅;冯晶;张春利;陈红涛
【作者单位】中国原子能科学研究院核数据重点实验室,北京 102413;中国原子能科学研究院核数据重点实验室,北京 102413;中国原子能科学研究院核数据重点实验室,北京 102413;中国原子能科学研究院核数据重点实验室,北京 102413;中国原子能科学研究院核数据重点实验室,北京 102413
【正文语种】中文
【中图分类】O571.43
【相关文献】
1.1．4MeV－5MeV中子诱发238U裂变产额测量 [J], 李映映;肖军;王攀;李子越;汪超;罗小兵
2.0.57、1.0和1.5MeV中子诱发235U裂变时95Zr、140Ba和147Nd产额的绝对测量 [J], 冯晶;郭景儒;杨毅;刘世龙;鲍杰;刘永辉;李泽;崔安智;孙宏清;张生栋
3.0.57、1.0和1.5MeV中子诱发235U裂变的99Mo产额绝对测量 [J], 冯晶;鲍
杰;杨毅;刘世龙;张春利;杨洋;刘永辉
4.Ge(Li)探测器测定14MeV中子引起238U裂变中稀土核素的裂变产额 [J], 李文新;孙彤玉;郑蔓艽;董天荣;孙秀华
5.8MeV中子诱发235U裂变20个产物产额的测定 [J], 李泽;杨毅
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14MeV能区中子诱发232Th裂变碎片截面测量研究靶核232Th在14MeV中子辐射场下的裂变反应截面，使用中子活化靶核诱发裂变，用14.1MeV，14.5MeV和14.7MeV三种能量的中子分别对232Th 进行辐照活化，中子是在中国工程物理研究院二所的K-400型强流中子发生器上由3H(d,n)4He反应产生。
实验用ThO2粉末作为样品，其纯度为99.5%；监督片是Al，其纯度为99.99%。
在测量中使用低本底的高纯锗探测器记录γ谱，使用监督片发生27Al(n,α) 24Na反应出射的α射线检测中子通量，利用90Zr(n,2n)89m+g Zr 与93Nb(n,2n)92m Nb的反应截面比测定中子平均能量。
本实验甄别出确定存在的核素有130Sb，138Xe，141Ba，134Te，138Cs，134I，89Rb 七个核素。
使用已有的，较为成熟的截面计算公式进行了数据的处理，得到了232Th(n, f)138Xe，232Th(n, f)130Sb，232Th(n, f)141Ba和232Th(n, f)134Te四个反应道的截面值。
在对232Th(n, f)134I和232Th(n, f)138Cs两个反应道的截面计算中，因为其有先驱核的衰变或退激的来源，使用相关公式扣除EC或β—等衰变对裂变截面的影响，发现了138Cs和134I主要来源于138Xe和134Te的β- 衰变。
关键词：14MeV中子；活化；232Th；裂变截面第一章绪论1.1 研究意义中子诱发核反应截面能够揭示入射粒子和靶核相互作用机制，研究原子核在高激发态的运动规律加深对核反应机制和核结构的认识。
14MeV能区中子引起的裂变反应截面是核工程、核能、核技术应用和核科学研究的基础数据，对于核反应理论模型的建立和完善、核裂变反应堆、核武器的研制，以及对其他交叉学科的研究都具有重要意义，所以核反应截面的测量是极其重要的，裂变各通道的独立裂变截面数据测量工作开展极少，本课题的开展填补了该领域的空白，完善了各裂变反应的具体裂变截面测量数据，为初步建立相关核数据库提供了素材。
跟随着现代化的日益发展，人们对能源的需求愈来愈迫切，因此，能源问题影响着社会的发展进程。
而在当今环境也受到了人们广泛的关注，化石燃料的大范围使用已经严重影响了人们所生存的环境，还造成了全球性的温室效应。
然而化石燃料的储存量毕竟是有限的，不可再生的，我国现行的能源结构不但造成了环境污染还面临着能源危机。
因此核能作为一个清洁而又相对安全的能源是我们必须要关注和研究的一个方向，故而，研究人工诱发核裂变反应有着重要意义。
中国科学院正在推进首批战略性先导科技专项项目“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”（TMSR）[1]，该核能系统的基本原理正是通过中子诱发232Th发生核反应，从而使232Th经过一系列的核反应转化为可作为核燃料的233U；可是在发生上述系列反应的同时还会发生其他的核反应（裂变），因此我们有必要探究相关裂变反应的性质，虽然232Th 的增殖反应中的中子与本实验所使用的中子能量相差较大，但通过本实验的研究仍可以以此来引导我们对“Th-U”循环反应堆独特性质的认识。
其次，聚变反应堆中，D-T反应会产生大量的14MeV能区中子，其整个装置都处在极强的14MeV中子场的辐照下，材料可能会与这些中子发生核反应，随之而带来的不光有剩余放射性，还会在材料局部产生大量的热，造成材料的辐射损伤，缩短材料的使用寿命，影响反应堆的安全运行，此外，大量的长寿命的放射性核素存在，不但会给结构材料的更换和维修带来麻烦，在反应堆退役时，大量的放射性废物也是令人头痛的问题。
因此，本实验14MeV中子诱发核裂变截面的测量对活化中子核反应的研究具有推动促进以及参照作用，进而对聚变反应堆的研究设计具有很大的意义。
本课题涉及的各种干扰问题是中子活化分析中最为复杂的情形，如：低能中子的干扰、强本底干扰、γ射线之间的干扰、激发态对基态的干扰、级联符合干扰、同质异位素跃迁干扰、γ谱仪低能端刻度和超高死时间引起的计数丢失等问题，诸多因素必将同时出现在本课题的研究中。
在此复杂的情形下，建立和完善相应的处理方法也是本实验的重要意义。
1.2 截面测量常用的研究方法中子和原子核发生的核反应有很多类型，比如（n,2n），（n,α），（n,p），（n,f）等。
由中子引起的核反应截面的测量各有不同，有活化法，质谱法，直接测量法[2]。
不同的测量方法都有自己的优点。
该研究题目是使用中子活化法对裂变截面进行测量。
但是在核反应截面的实际测量中，会有很多问题的干扰，比如能量相近的γ射线之间的相互干扰、靶核同位素经EC或β- 衰变对测量目标反应的影响，激发态对基态的干扰等。
1.2.1 活化法将待测样品放到一特定的中子场中辐照一段时间后，取出并测量反应产物的核的放射性，由监测到的中子注量率，得到产生这种产物核的生成截面，这种方法叫作活化法。
它仅适用于反应的产物是反射性的核反应。
运用高分辨的GeLi 和HPGe探测器，以γ射线能谱测量作为放射性计数的方法。
这种方法虽然较为简单，但要求生成核的放射性半衰期的适中，太短太长都不行。
1.2.2 质谱法质谱法仅适用于反应的产物核是稳定核素（或者产物核的半衰期很长）的反应截面计算。
质谱法是，气态待测样品（若待测样品是固态或者液态，需要在真空高温条件下气化）的中性原子或分子进入离子源后被电离成离子（比如电子轰击、离子轰击、光致电离、化学电离等方法），运用电磁学原理使离子按照质荷比分离并测定其质量与含量，从而得到反应截面。
1.2.3 直接测量法通过对核反应中放出的瞬发辐射粒子能谱的测量来得到反应截面的方法叫作直接测量法。
这种方法可以得到出射粒子的微分截面、积分截面、角分布、能谱和角关联等，对这些数据分析可以研究核反应机制和核结构模型。
这种方法已经较好地运用在10~14MeV中子能区，在小于10MeV的能区中，因为测量立体角太小，探测效率低，使用效果并不好。
1.3 研究内容及结果本实验是利用活化法，在已经存在的较为完善的核反应截面测量的理论基础上，在实验上进一步讨论14MeV能区中子诱发232Th裂变截面测量的相关问题，讨论并解决遇到的一些难题，进一步完善核反应截面测量的具体方法。
实验的研究结果有：(1) 对大量的γ能谱进行特征γ峰甄别分析，得到130Sb，138Xe，141Ba，134Te，138Cs，134I，89Rb等可能存在的裂变碎片。
说明232Th经14MeV能区中子辐照后，将产生以上裂变碎片；(2) 结合实验数据和核数据库，分析给出了130Sb、138Xe、141Ba和134Te的裂变反应截面，具体截面分析结果在正文中详述；(3) 在截面分析过程中，我们发现裂变本身只产生极少量的138Cs和134I，说明它们的碎片主要来自于138Xe和134Te的β-衰变。
7.1 总结本实验使用了中子活化法，对232Th的裂变性质进行了研究。
从这个实验，了解了中子诱发裂变的相关方法，熟悉了对活化截面的计算的具体过程。
实验的进行是科学研究的一个关键步骤，在做实验的过程中，需要对可能影响实验的一些因素进行考虑，比如中子源的稳定性，如何降低本底等。
实验需要严谨，准确。
对能谱的甄别是一个复杂的过程，这就需要耐心，比如某一个峰可能会属于很多核素的γ衰变，就要结合多个峰以及核数据库的相关信息，认真分析，然后逐个排除。
核素的甄别的工作量很大，因为每一个活化产物能谱上面会有大量的全能峰。
本实验甄别出确定存在的核素有130Sb，138Xe，141Ba，134Te，138Cs，134I，89Rb 七个核素。
并对这些反应道的截面进行了认真计算，其中232Th(n, f)138Xe，232Th(n, f)130Sb，232Th(n, f)141Ba和232Th(n, f)134Te四个反应道的截面值已在文中列出。
在对232Th(n, f)134I和232Th(n, f)138Cs两个反应道的截面计算中，因为其有先驱核的衰变或退激的来源，因此使用公式对β- 的影响进行了扣除，得到了138Cs和134I 主要来源于138Xe和134Te的β- 衰变的结论。
因为效率刻度的限制，能量低于121.7824keV的能量峰都舍弃了，所以在截面分析时，可能会出现本来这个全能峰的的峰形很标准，读得的计数也比较准确，理论上的得出的截面值应该也是很具有可靠性的，但由于不能确定这个峰的探测效率而得不出截面值，从而该核素的截面分析可以使用的峰减少。
实验中仅关注了中等半衰期的核素，较短和较长半衰期的核素在研究上具有一定的困难。
短半衰期的核素可能刚刚裂变生成，又衰变消失了，根本不能把它们甄别出来。
长半衰期的核素测量周期较长，计数率低，被其它因素干扰的程度较大，不易准确甄别。
在核素甄别以及截面分析中可以发现，232Th的裂变碎片γ衰变的峰较低，峰形不很规则，因此峰计数受本底的影响和读数误差也较大，计算的结果可能与理论值有一些偏差。
7.2 展望(1).实验只对14MeV能区的中子诱发裂变截面进行了测量，随着实验设备的日益发展，希望可以测量出连续能区的中子活化截面，充实核数据库；(2)实验测量中仅测量了裂变碎片的γ衰变能谱，随着在实验条件逐渐的完善，是否可以同时对样品的(n,p)，(n,γ)，(n,α)，(n,f)等多种中子活化反应的截面进行测量，从而进行比较，得出一些其他结论；(3)进一步改善HPGe高纯锗探测器的效率，提高中子源的稳定性，使实验结果更加精准；(4)拓宽效率刻度的范围，使能量低于121.7824keV的峰也可以得出探测效率，让截面分析时可以参照的峰更多；进一步探讨如何完善对γ能谱的甄别、提高读数精度和对能谱的解析，以及截面值分析方法，从而让实验结果更为可靠。