裂变碎片核发射中子能谱及角分布的模拟计算

" ! 第! 卷第#期 )* !" ) 年#月
原
子
能
科
学
技
术
$ &! ! % # % '" ( ' ;1 )* < 2" )
+ % . 13 56.127 89 / 1&4 , -/0 24 / / 1 2: %% 5 2
裂变碎片核发射中子能谱及角分布的模拟计算
" " 徐家云" 屈丛会=  黎光武=  顾 ! 牡> 刘小林> 顾先宝= 邵新生" " 中国原子能科学研究院 核物理研究所! 北京 != " = # = ? )!> 四川 成都 !# ) # # 同济大学 波尔固体物理研究所! 上海 !" ) @ $ " 四川大学 物理科学与技术学院! ? =)!> ? ))"
A 摘要 用 蒙 特 卡 罗 方 法 研 究" "B 自 发 二 分 裂 变 过 程 中 裂 变 碎 片 核 发 射 的 中 子 能 谱 和 中 子 角 分 布%文 采 C A 中给出了模拟计算的条件& 步骤和 模 拟 结 果! 细 分 析 了 实 际 测 量 中" "B 自 发 二 分 裂 变 碎 片 核 发 射 的 详 C
中子能谱之间的相互干扰%该模拟分析与测量特定 裂 变 碎 片 核 的 发 射 中 子 谱 的 实 验 研 究 密 切 配 合! 对 相关实验具有指导性参考价值% 关键词 蒙特卡罗方法# 核裂变# 裂变碎片# 中子发射 中图分类号 D E? !!!! 文献标志码 9 A=A +!!! 文章编号) )# > ") * )F! =) = )F@ = " ) $#) *F!
! #%' ) , .( " /0 %1 ( 34 1*)56 ,. "6 "$ (* - *$ #" #)2 # # .( , )7$ # & "+ , $ , " -$ 38 .)# ) -(:;#96 " )1 %$ /0 , % %$"69" $ ,% , ,#9( - # 6
GH B 1F <= " ! IJ 7 4 K = "! % 4:. D < 1F < LH; F < " ! . 5 1 JH M > ! I L7F 1 ! 7 < D H .% . > & = " JH L7F7 ! O+P L1Q 2 4 .1N % 6 .F: 1
" ! #%&' (( , -+ # $1 3! 5 5+ " A ! ! *:$ = " = ! "$ # = "$ $( )*+ ( ./0 *2 4 6 7 8 E9 # 7## 2 ) ! > ! #% ? # "&' (( + 4 3#';#$*% <= / $>2 ! #" % $@1#3! "$ < # ) # ! "$ # ? $( )* , " ' # / /*/ $ *" ++ 3 ;/ ) $? #*' ( ! * 2 ) = ) ! ! #% > 4 " &' (( ,;><;%*4 3#'! + 2#? #*' 3! " $ "#" ) @ ! "$ $ ? +> $( )*+ +# (( " ' # / = $ : $@1# ; % 2 % ) ) " ! #% (
! !
4 6 ($ !9 21 <3 17 4&3 1 13 58Q3N , 1 22 7/&,8N <.4 M 12 7$ < ' : 2,% 1 <7 7 82 24 ., <. QK 3 /&<72 5 Q1 % ,F ) . % Q% , B 3%- , % % 4R 1" "B .75C Q 1C7 - 1 '9 2/ 1. % Q7 8Q2 Q% , 2 7& 2: 8C37 .2 A CN13 . . 34 2, : % 8 .1 1 ,S C : ! 1 : 2<, 22S22,8 9 2 12C312% , 21 < /&<7 % 22Q 2. 2 7 8, 23Q& 7/&, 1K 3 S/ .8 . C QK 3 3Q12 ' : .,322 / C : 2F ,% Q 3 -% 2 34 2, %, %2 3 -, 2/ - & - 175C7 - 1 7 1&T8 9 . 3 1 C% 1 C7 - 1 , : Q C% : % S2 2,3 34 2,K Q7 752 ' :Q Q- &, 1/ <8K 3 K, : - 7<2 2,% S/3 % 4R 1C Q 1C7 - 1 . <7 % %& %U .:, 2 2Q381 <3 1Q 2,7C37 .2 . . 34 2, . Q% 7 84R 1 .27, 23, 7 3C312 % , 23&R 1 V 2. 2,&- 7<2 2, ' : %2 /& 222 / C3 : 227,2 S3- 17 2Q3 - 1Q . = 2> )6 M 12B 3%- , % # <&7 C Q 1#.Q 1C7 - 1 # 2,% -Q.1 % "3 ' % ,F 7& 2: 8 1 / 3 . . C . 34 2, 1 <3 12 .Q 2 Q% Q% % 核 !! 核 裂 变 是 非 常 复 杂 的 物 理 过 程! 科 学 家 们对核裂变已进行长期深入广泛的研究%为在 实验上更好地观测裂变物理过程和获得更多的 裂变物理数据! 目前! 国际上多个实验室建立了
=> 裂变多参数 实 验 测 量 系 统 )F *% 这 类 系 统 能 够
同时测 量 裂 变 的 瞬 发 中 子& 发  射 线& 射 瞬 L
收稿日期) E)F=# " )F") 修回日期) E)F) " )FA" 基金项目 国家自然科学基金资助项目") E ) *!) E ) * =!A# =!#= $ 作者简介 屈丛会"@ =($ 女! ! 河北石家庄人! 硕士研究生! 粒子物理与原子核物理专业 =* 黎光武!K. .27 ' 7 / 1 " 通讯作者 4 &/ ' /

!" * 线& 裂变碎片 动 能! 能 确 定 裂 变 碎 片 的 质 量% 并 因 此! 是 裂 变 物 理 实 验 研 究 中 非 常 有 效 的 工 它 具%对于目前利用裂变多参数测量系统进行固 定质量数和固定电荷数的裂变碎片核瞬发中子 一 谱的 实 验 测 量 研 究! 个 重 要 的 问 题 是 必 须 区 分所 测 得 的 中 子 是 由 何 种 碎 片 发 射 的! 必 须 即 了解发射的中子 能 谱 与 中 子 发 射 角 " 变 碎 片 裂 的关系! 特别 运动方向与发射中子方向的夹角$ 是当用中子探测器测量某一给定裂变碎片核的 发射 中 子 能 谱 时! 了 解 互 补 裂 变 碎 片 核 发 射 需 的 中 子 所 带 来 的 干 扰 程 度! % ,F 7& 方 法 M 12B 3% 在分析计算该类物理问题时显得较为方便%
原子能科学技术 !! 第! 卷 "
@! 计算模型和模拟方法
计算碎片发射的中子能谱与中子发射角的 需 关系! 了 解 碎 片 运 动 速 度 的 大 小 和 方 向 及 发 射中子 运 动 速 度 的 大 小 和 方 向% 由 于 动 量 守
" A 恒!"B 自发裂变时产 生 的 两 碎 片 向 相 反 的 方 C
向发出! 均 总 动 能 可 由 飞 行 时 间 方 法 测 量% 平
! 某一质量的初级碎片的动能分布 ) *为'
# 0 0 ," ! !$A
= " 槡
"
B 2
# "B $ 0 0" " " 
"$ =
# 其中' & 分 别 为 给 定 碎 片 的 动 能 和 平 均 动 00 " 能# 为方差% 
A 碎片蒸发中子能谱在质心系中为蒸发谱)*'
?! 相关物理问题
裂变碎片是 丰 中 子 核 素! 具 有 很 高 的 激 且 发能! 通过蒸发中子和发射  射线退激发! 发射 的中子和  射 线 携 带 着 碎 片 的 信 息% 所 以! 通 过测量蒸发中子和  射线的性质可推算裂变碎 片的性质%裂变过程中的绝大多数中子是裂变 碎 片 加 速 到 最 大 速 度 后 发 射 的! 瞬 发 中 子 在 且
= 碎片坐标系中是各向同性发射的 ) *%在实 验室
 B "$ " ," $A "2 =  = 其中' 为碎片核温度 参 数# 为 中 子 在 质 心 系 = 
中的动能%
# 对于级联中子衰变! 蒸发谱可修正为 ) *'

 B "$ > ," $A ! 2 =2C C   = # 为 拟 合 参 数# 为 归 一 化 = 其 中' 2C 为 =  =C ! = " 常数%
裂 坐 标 系 中! 变 中 子 受 碎 片 运 动 的 影 响 示 于 图 碎片发出的中子有向碎片 =%从图 = 中可看出! 运动方向的趋势% 锎源裂变时 在 相 反 方 向 发 出 两 个 碎 片! 在 裂 变 中 子 与 碎 片 飞 行 方 向 的 角 关 联 测 量 中! 在 与 碎 片 运 动 方 向 成 任 意 角 度 的 情 况 下! 得 的 测 某一特定碎片的中子谱会受到互补碎片发出的 中 子 的 干 扰! 扰 程 度 可 选 用 蒙 特 卡 罗 方 法 抽 干 样计算来确定%
B 自发 裂 变 时 碎 片 在 实 验 室 坐 标 系 是 C 各 向 同 性 发 出 的! 子 在 碎 片 质 心 系 中 也 各 向 中
"" A E 同性发射%在极坐标系中! 各向同性表示为 ) *'
= "$ % !  ,"! $A , " Q $ , " $A = /  + "  !  % , " Q $A = /  = " "$ A
= "$ # , " $A "  "  !! 利用蒙特卡罗方法可计算某一初级裂变碎 片质量以及与碎片运动方向成各角度的中子能 谱%选定碎片的 质 量! 样 得 到 碎 片 的 运 动 方 抽 向和速度大小及碎片发出的中子在碎片质心系 中的 速 度 大 小 和 方 向! 者 矢 量 相 加 可 得 到 中 两 子在实验室坐标系中的速度%与碎片运动方向 成一定角度的中子探测器记录此方向上的中子 能谱及数目% 上述公式中某一裂变碎片的动能及动能方 蒸发谱中的 = 差的平均值可从文献) * * 中查到! 和 可从文献) * 某一质量的裂变 碎片 @ 中查到! 的 中 子 多 重 性 可 从 文 献 ))*中 查 到% 用 = W 331语言编 程 对 以 上 各 式 作 抽 样 计 算 得 数 %,7 值分布结果%
图 =! 碎片运动对中子运动的影响 W4 =! 1&2/ C 34 2,- , 1 . ' IC 12% C7 - 1 % % < . % 2,% % % 11 <31- , 1 .
@?1为中子在质心系中的速度#C&&1分别为 @ @? /
碎片和中子在实验室坐标系中的速度