裂变碎片核发射中子能谱及角分布的模拟计算

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 " $ 9 D A E = ? A !!!! 文献标志码 +!!! 文章编号 = ) ) ) F # @ > = " ) ) * ) # F ) ! * = F ) !
!* 某一质量的初级碎片的动能分布 ) 为'
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# 分别为给定碎片的动能和平均动 其中 ' 0& 0
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?! 相关物理问题
裂变碎片是 丰 中 子 核 素 ! 且具有很高的激 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! 且瞬发中子在
' 4 7 6 $ ) ( < $ : 21 2 < , 3 % 17 1 < & 7 3 7 1 82 1 2 3 . Q , 3 . N < , . % 1 QK 2 3 2 / 7 & / < & 7 , 2 8N Q . 1 % 1 , 2 F !9 4 4 58 5< 4M
A " B CN . 1 7 3 . Q Q . % 1C 3 7 2 1 , '9 : 2/ % 1 8 . , . % 1 Q7 1 8Q , 2 Q% C , : 2 B 7 3 & %2 , : % 8C % 374 . R 2 1" 5C 4 S ! / 7 & / < & 7 , . % 1K 2 3 2Q 2 / . C . 2 8 7 1 8, : 23 2 Q < & , QK 2 3 2S 3 2 Q 2 1 , 2 8 ' 9 : 2 . 1 , 2 3 C 2 3 2 1 / 2% C , : 21 2 < F S
=* 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 " $ > ," C C $A ! 2 =2 = = # 为 拟 合 参 数# 为 归 一 化 其中' =2 = ! C C为 = " 常数 %
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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 需了解碎片运动速度的大小和方向及发 关系 ! 射中子 运 动 速 度 的 大 小 和 方 向 % 由 于 动 量 守
" A " 恒! B C自发裂变时产 生 的 两 碎 片 向 相 反 的 方
向发出 ! 平 均 总 动 能 可 由 飞 行 时 间 方 法 测 量%
! * " 线& 裂变碎片 动 能 ! 并 能 确 定 裂 变 碎 片 的 质 量% 因此! 它是裂变物理实验研究中非常有效的工 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 一个重要的问题是必须区 谱的 实 验 测 量 研 究 ! 分所 测 得 的 中 子 是 由 何 种 碎 片 发 射 的 ! 即必须 了解发射的中子 能 谱 与 中 子 发 射 角 " 裂变碎片 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 ! 需了解互补裂变碎片核发射 的 中 子 所 带 来 的 干 扰 程 度! M % 1 , 2 F B 7 3 & %方法 在分析计算该类物理问题时显得较为方便 %
裂变中子受碎片运动的影响示于图 坐标 系 中! 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! 测得的 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! 干扰程度可选用蒙特卡罗方法抽 样计算来确定 %
B C自发 裂 变 时 碎 片 在 实 验 室 坐 标 系 是 各向 同 性 发 出 的! 中子在碎片质心系中也各向
" A " E* 同性发射 % 在极坐标系中 ! 各向同性表示为 ) '
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裂变碎片核发射中子能谱及角分布的模拟计算
" " 屈丛会= 黎光武= 徐家云" 顾 ! 牡> 刘小林> 顾先宝= 邵新生" " 北京 != = ? 中国原子能科学研究院 核物理研究所 ! ) " ! = ># 四川 成都 !# 上海 !" $ " ? 四川大学 物理科学与技术学院 ! = ) ) # !# > ? 同济大学 波尔固体物理研究所 ! ) ) ) @ "
图 =! 碎片运动对中子运动的影响 W . ' =! I 1 C & < 2 1 / 2% C C 3 7 2 1 ,% , . % 1 4 4 % 11 2 < , 3 % 1% , . % 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
= " $ # , "" $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 ! 抽样得到碎片的运动方 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 ! 两者矢量相加可得到中 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 * 中查到 ! 蒸发谱中的 = 差的平均值可从文献 ) * 和 可从文献 ) * 中查到 ! 某一质量的裂变 碎片 @ 的中 子 多 重 性 可 从 文 献 ) = )*中 查 到 % 用 W % 3 , 3 7 1语言编 程 对 以 上 各 式 作 抽 样 计 算 得 数 值分布结果 %
A " 摘要 采 用 蒙 特 卡 罗 方 法 研 究" B C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 A " 中给出了模拟计算的条件 & 步骤和 模 拟 结 果 ! 详 细 分 析 了 实 际 测 量 中" B C自 发 二 分 裂 变 碎 片 核 发 射 的
= F >* 裂变多参数 实 验 测 量 系 统 ) %这类系统能够
同时测 量 裂 变 的 瞬 发 中 子 & 瞬 发 射 线& L射
收稿日期 修回日期 " ) ) E F ) " F ) =# " ) ) E F ) A F " ) 基金项目 国家自然科学基金资助项目 " $ = ) ! E A ) # *! = ) ! E # ) = * 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 & . . 7 2 ' 7 / ' / 1 " 通讯作者 / 4
第#期 !! 屈丛会等 ' 裂变碎片核发射中子能谱及角分布的模拟计算
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A! 结果与讨论
C @ A B ?!@ ' /裂变中子相 对 于 碎 片 运 动 方 向 的 角 分布
模拟实验条件如图 " 所示 % 锎源放在半径 为= ) )/ - 的真空室的中心 ! W = 为碎片 探测器 ! ,& 碎片探测器与 ( =& ( "& ( = # 为 中 子 探 测 器! " 且相 中子探 测 器 均 是 探 测 面 为 !/ - 的 圆 面! 对源成 = & & & ,& & = ? " A X " " ? A X > > ? E A X = # * ? E A X = * ) X 角 % 选用质量产额较大的质量数为 = ) *& = ! !的 两个碎片进 行 计 算 % 模 拟 计 算 中 ! 碎片探测器