~(61,62,64)Ni 全套中子核反应数据的理论计算

马功桂:男,57岁,核物理专业,副研究员收稿日期:1997203231
　第32卷第5期原子能科学技术V o l
.32,N o .5　1998年9月
A tom ic Energy Science and T echno logy
Sep .
1998
61,62,64
N i 全套中子核反应数据的理论计算
马功桂　王世明
(四川联合大学原子核科学技术研究所,成都,610064)
用光学模型、核反应多步过程的半经典理论、双微分截面(DDCS )和Χ辐射的非统计过程及Χ产生数据理论,计算了入射能量在110keV —20M eV 的中子与61,62,64N i 相互作用的全套核反应数据。

计算结果与评价实验数据符合较好。

关键词　中子核反应　双微分截面　Χ产生数据中图法分类号　O 5711421
61,62,64
N i 核素是重要的核材料之一,其中子核反应数据对核能开发和核工程建设具有重
要的意义。

目前,实验测量数据尚不能满足实际需要,除了(n ,2n )、
(n ,p )和(n ,Α)等反应截面有一些实验数据外,其余反应截面以及各反应道的激发函数、角分布和能谱的测量数据甚少或
者没有。

因此,需要进行理论计算来补充和完善。

利用核反应多步过程的半经典理论和光学模型(O PM )进行理论计算,使用A POM 程序[1]自动调整光学模型势参数,采用U N F 程序[2]计算61,62,64N i 的截面、角分布、双微分截面和Χ产生数据文档的全套中子核反应数据。

1　物理模型
球形光学模型采用W oods 2Saxon 位势,自动调整光学势参数,计算出总截面、形状弹性散射截面及弹性角分布和吸收截面,计算出各反应道要使用的逆截面及穿透因子。

在核反应多步过程理论中,预平衡核反应过程使用与J Π有关的激子模型来描述;平衡过程采用带宽度涨落修正因子的H au ser 2Feshbach (H 2F )理论来描述。

在H 2F 理论中,用T 因子表示反应道几率;而激子模型中,通常用发射率W b 来描述反应道b 的发射速率。

在核反应多步过程的半经典理论中,为了既考虑角动量、宇称守恒,又考虑预平衡效应,采用的理论计算能谱公式为
d Ρ
d Ε
=6n
6
J
Π
P
J
Π
(n )ΡJ Π
a
W
J Π
b
(n ,E ,Ε)W J
Π
T (n ,E )
(1)
其中,E 为激发能,Ε为出射能量,P J Π
(n )为由与J Π有关的激子模型主方程解出的n 激子态占
据几率且满足归一化条件,ΡJ Πa 为J Π道吸收截面,W J ΠT 及W J Π
b 分别为J Π道总发射速率及b 粒子发射谱速率,并有
W
J Π
b
(n ,E )=
∫
d ΕW J
Π
b
(n ,E ,Ε)
(2)6
b
W
J Π
b
(n ,E )=W
J
Π
T
(n ,E )
(3)
在能谱以及双微分截面计算中,第一次粒子发射采用主导粒子模型。

为此,使用占据数理
论方法,按碰撞后的粒子占据几率进行计算。

由于在质心系中复合核为静止的,反冲核为伴随过程,在第二次粒子发射过程中,因发射粒子的母核处于质心系且非静止,因此,必须考虑反冲核的运动转换。

在Χ辐射的非统计过程及Χ产生数据理论中,既考虑位阱俘获和复合核弹性散射道中的俘获辐射过程,同时也考虑直接2半直接的非统计俘获辐射过程[3]。

2　参数的选择和调整
在计算中,61,62,64N i 发射x (x 为n ,p ,t ,3H e ,d 和Α
)粒子后,必须给出各余核的能级参数。

表1列出了在非弹性散射反应中剩余核的分立能级参数。

表1　61,62,64N i 在非弹性散射反应中剩余核的分立能级(丰度)
Table 1　D iscrete levels of residua l nucleus i n i nela stic sca tter i ng reaction for 61,62,64N i (abundance )
61
N i (1.13%)
U keV J Π
62
N i (3.59%)
U keV J Π
64
N i (0.91%)
U keV J Π
61
N i (1.13%)
U keV J Π
62
N i (3.59%)
U keV J Π
64
N i (0.91%)
U keV
J Π
0.03 2-0.00+0.00+0.90865 2-2.33644+0.06745 2-1.17292+1.34582+1.01527 2-2.89120+0.28301 2-2.04860+2.2772
2+
1.0996
3 2-
3.05852+0.6560
1 2-
2.3018
2+
3.1580
2+
在光学模型计算中,采用自动调整光学势参数的A POM 程序,X T 、X non 和X e 分别代表全截面、去弹性散射截面和弹性散射角分布对X 2的贡献。

虽然要求X 2(X 2<Ε,Ε由人为给出)最
小,但还要根据实际情况选择X T 、X non 和X e ,使之能较好地与评价实验数据Ρto t 、Ρnon 和Ρn,n (Η
)相符合,最后调整出一套中子最佳光学势参数(表2)。

表2　中子道的光学模型势参数
Table 2　Optica l m odel poten ti a l param eters of neutron channel 深度 M eV
半径 fm
弥散宽度 fm
V 0=53.7339W 0=12,3702U 0=-2.0686X r =1.1818A r =0.7112V 1=-0.1395W 1=-0.1642U 1=0.2659X s =1.32A s =0.434V 2=-0.0155W 2=-1.2687U 2=0.0
X v =1.32A v =0.434V 3=-17.5984W
so =
3.1X
s o =
1.1818A
so =
0.7112
V 4=0.0
X c =1.1
注:V r (E )=V 0+V 1E +V 2E 2+V 3(A -2Z ) A +V 4Z A 1 3
;W s (E )=W 0+W 1E +W 2(A -2Z ) A ;U v (E )=U 0+U 1E +U 2E 2
5
14第5期 马功桂等:61,62,64N i 全套中子核反应数据的理论计算
614原子能科学技术 第32卷
对于直接作用部分,使用耦合道EC IS程序[4],按不同能量点(E n)计算出直接非弹以及直接反应数据,并以L egendre系数(L.C)作为U N F程序的输入数据。

在实际计算中,使用了修改后的能级密度参数a=[0.00880(S(z)+S(n))+Q b]A和两能级变化处的激发能U x=1.4+263 A。

能级密度、对修正和巨偶极共振参数的初始值均取自参考文献[5]。

U N F程序包括光学模型(O PM)、与JΠ有关的激子模型、带宽度涨落修正的H2F统计理论、Χ产生数据理论。

把各种基本常数(如靶核特征量以及初始状态参量)、14种反应类型发射最后1个粒子的结合能、11种反应中剩余核的能级密度参数a值、对修正p值和巨偶极共振参数(C i——峰截面、E i——共振能量和W i——峰值半宽度)、在14种反应中剩余核的分立能级及能级间Χ跃迁分支比数据,以及已调整好的最佳光学模型参数和直接非弹以及直接反应数据作为U N F程序的输入数据,进行61,62,64N i的全套中子反应数据的理论计算。

为使Ρn,n′、Ρn,Χ、Ρn,2n、Ρn,3n以及Ρn,x也与实验数据符合较好,程序运行中还可调整除中子道外的其余5组出射粒子的光学势参数、能级密度参数和巨偶极共振参数等。

最后调整好的各种主要参数列于表3。

表3　中子和62N i在11种反应中剩余核的能级密度(a)、对修正值(p)和巨偶极共振参数
Table3　L evel den sity(a),pa ir correction(p)and g i an t d ipole resonance param eters
for residua l nucleus of11reaction s(n+62N i)
反应类型a M eV-1p M eV1028C i m2E i M eV W i M eV
(n,Χ)7.941.020.0340.0516.318.512.446.37 (n,n′)7.342.50.0340.0516.318.512.446.37 (n,p)8.80-0.30.0340.0516.318.512.446.37 (n,Α)7.811.150.0470.0416.6219.914.244.16 (n,3H e)8.252.60.0470.0416.6219.914.244.16 (n,d)8.191.20.0260.0516.3718.92.567.61 (n,t)7.75-0.30.0260.0516.3718.92.567.61 (n,2n)6.911.050.0340.0516.318.512.446.37 (n,n′Α)7.262.620.0470.0416.6219.914.244.16 (n,2p)8.851.120.0260.0516.3718.92.567.61 (n,3n)6.362.520.0340.0516.318.512.446.37
注:a=[0.0088(S(z)+S(n))+Q b]A,p=p(n)+p(z);Q b=0.142或0112(球形或变形)
3　计算结果与讨论
对于全截面(Ρto t),由于实验测量数据很少而且分散,在光学模型计算中,采用天然镍的实验数据来代替。

计算结果与L arson等人的实验数据符合较好(图1),从而为理论计算提供了依据。

去弹性散射截面(Ρnon)同样采用天然镍的实验数据。

对于62N i的弹性散射截面,计算结果和Ko rzh等人的实验测量数据在1—4M eV能区符合较好。

对于64N i的弹性散射角分布,从图2看出理论计算和实验数据符合较好,说明已调整好的光学势参数是可靠的。

从图3—5中看出,61,62N i的(n,p)截面和64N i的(n,Α)截面的计算结果和实验数据符合较好。

62N i的(n,2n)和连续非弹次级中子谱的计算结果示于图6。

综上所述,计算结果与实验数据符合较好,这表明光学模型和核反应多步过程的半经典理论具有一定的适用性和可靠性。

使用A POM、EC IS或DW U CK和U N F程序配合,进行全套
图1　nat N i 全截面的计算值与实验值
F ig .1　Calcu lated and experi m en tal values
of to tal cro ss
secti on fo r
nat
N i
实线——本工作;○——L arson ; ——Perey;▲——Sm ith
图2　64N i (E n =7.0M eV )弹性散射角分布
的计算值与实验值
F ig .2　E lastic scattering angu lar distribu ti on
fo r 64N i at 7.0M eV 实线——本工作;○——Ko rzh
图3　61N i (n ,p )61
Co 反应截面
的计算值与实验值
F ig .3　Calcu lated and experi m en tal values
of cro ss secti on fo r 61
N i (n ,p )61
Co 2・2——END F B 6;222——JENDL 23;…——BROND 22;实线——本工作;△——M o lla ;∀——V ienno t ;○——Q ai m ;●——Eval (Zhou )
图4　62N i (n ,p )62Co 反应截面
的计算值与实验值
F ig .4　Calcu lated and experi m en tal values
of cro ss secti on fo r 62N i (n ,p )62Co 222——END F B 6;…——JENDL 23;2・2——BROND 22;实线——本工作;●——M o lla ;△——V ienno t ; ——L i ;▲——R ibonsky ;∀——W ang ; ——Eval (Zhou )
核数据的理论计算,基本上可以满足核工程中对中、重核的中子核数据的要求。

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14第5期 马功桂等:61,62,64N i 全套中子核反应数据的理论计算
图5　64N i (n ,Α
)61Fe 反应截面的计算值与实验值F ig .5　Calcu lated and experi
m en tal values
of cro ss secti on fo r 64N i (n ,Α)61Fe 222——END F B 6;…——JENDL 23;2・2——BROND 22;实线——本工作;△——Kobayash i ; ——Bahal ;●——R ibonsky ;▲——Q ai m ;◇——Strain ;∀——Eval (Zhou )
图6　62N i 的(n ,2n )和连续非弹次级中
子发射谱(E n =20.0M eV )
F ig .6　(n ,2n )and (n ,n ′
)con tinuou s secondary neu tron spectrum fo r 62N i at 20.0M eV
实线——(n ,2n );222——Con .ine
参　考　文　献
1　Shen Q ingb iao .A POM ——A Code fo r Search ing Op ticalM odel Param eters .Comm un icati on of N uclear D ata P rogress ,1993,7:43.
2　Zhang J ingshang .M any 2step P rocedu re H alf C lassic T heo ry of N uclear R eacti on .N ucl Sci Eng ,1993,
114:55.
3　马功桂,王世明Λ58N i 全套中子核反应数据的理论计算Λ四川大学学报(自然科学版),1996,33(6):677Λ4　陈振鹏ΛEC IS 79开发报告Λ北京:中国核数据中心Λ1992Λ
5　Zhuang Youx iang .A N ew Set of L evel D en sity param eters fo r Ferm i GasM odel .Ch inese Physics ,1988,
8:721.
814原子能科学技术 第32卷
THEORET I CAL CALCULAT I ON OF A COM PL ETE SET OF
NEUTRON REACT I ON DATA FOR 61,62,64
N i
M a Gonggu i W ang Sh i m ing
(Institu te of N uclea r S cience and T echnology ,S ichuan U n ion U n iversity ,Cheng d u ,610064)
AB STRA CT
T he neu tron reacti on data fo r 61,62,64
N i are calcu lated by m ean s of the op tical m odel
(O PM ),the sem i 2classic theo ry of m u lti 2step p rocedu re and the theo ry on the doub le differ 2en tial cro ss secti on and the gamm a 2ray p roducti on in the inciden t neu tron energy regi on be 2tw een l keV and 20keV .T he calcu lated resu lts are in agreem en t w ith the evaluated exp eri 2m en tal values
.Key words N eu tron reacti on Doub le differen tial cro ss secti on Gamm a 2ray p roduc 2ti on data
1997年中国原子能科学研究院科技人员获科技奖励情况
1　张焕乔研究员从事实验核物理研究数十年,取得了多项具有创造性的重大成果,1997年当选为中国科学
院院士。

2　肖伦院士发现了3个至今均属A 类的同位素,获1997年度“何梁何利基金科学与技术进步奖”化学奖。

3　杨春祥研究员获1997年第六届吴有训物理奖。

4　李吉根研究员获1997年中国(百名)青年科技奖。

5　崔宗渭获1997年“全国(百名)技术能手”称号。

6　1997年我院获国家科技进步三等奖1项;获部科技进步一等奖2项、二等奖11项、三等奖37项。

摘自中国原子能科学研究院《科技信息》
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