熱中子俘獲反應對相應的快中子(n，2n)反應截面測量的影響

袁書卿， 宋月麗， 田明麗， 李 勇， 周豐群

(平頂山學院 電氣信息工程學院， 河南 平頂山 467000 )

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熱中子俘獲反應對相應的快中子(n，2n)反應截面測量的影響

袁書卿， 宋月麗， 田明麗， 李 勇， 周豐群*

(平頂山學院 電氣信息工程學院， 河南 平頂山 467000 )

以14 MeV快中子引起的52Cr(n， 2n)51Cr反應截面的測量為例，研究熱中子俘獲反應對相應的快中子(n，2n)反應截面測量的影響.為比較熱中子俘獲反應50Cr(n， γ)51Cr對相應的快中子52Cr(n， 2n)51Cr反應截面測量的影響，在對樣品包鎘和不包鎘兩種情況下，分別測量了14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反應截面.單能中子用T(d， n)4He反應獲得，中子通量用監督反應93Nb(n， 2n)92mNb測量，而中子能量通過93Nb(n， 2n)92mNb和90Zr(n， 2n)89m+gZr截面比法測定.將本實驗結果與盡可能收集到的其它作者發表的數據進行了比較.

熱中子俘獲反應； 快中子(n，2n)反應； 截面； 活化法

1實驗過程

反應產物的γ放射性用國產CH8403同軸高純鍺γ譜儀測量，相對效率為20%，對1.33 MeV γ射線的能量分辨率為3 keV.對探測器的γ探測效率進行了精確刻度[15]：把美國國家標準局生產的SRM4275(Standard Reference Material 4275)型標準源放在距離高純鍺晶體20 cm處，進行該處的絕對效率刻度，得出絕對刻度曲線.由于在實際測量時，樣品放在距離晶體2 cm處，所以用一組單能源分別在20 cm和2 cm處分別測出這兩個位置各條γ射線的效率比，然后從這組不同能量的效率比和上述20 cm的絕對效率刻度曲線，計算出2 cm處的絕對效率刻度曲線.標準源的誤差小于1%，在2 cm處所定的效率誤差小于1.5%.被測剩余核的半衰期，γ射線的能量和強度，以及靶核的豐度列于表1中，這些數據取自文獻[16].在計算γ放射性活度時，對中子注量率的波動、γ射線在樣品中的自吸收、測量幾何，以及級聯γ的符合效應等進行了校正.

表1 本實驗中活化產物的相關數據Tab.1 Decay data of the activation products used in the measurements．

2實驗結果與討論

反應截面的計算公式為[17]：

其中， 下標“X”和“0”分別表示待測鉻樣品和鈮監督片的值.式中ε為所測的特征γ射線全能峰效率；Iγ為特征γ射線的強度；η為所測核素的豐度；S=1-e-λT表示剩余核的生長因子(T是總的照射時間)；λ為衰變常數；M為樣品質量；D=e-λt1-e-λt2為測量收集因子(t1是從照射結束到測量開始的時間間隔，t2是從照射結束到測量結束的時間間隔)；A為樣品元素的原子量；C為實測的全能峰面積；F為總的γ活度校正因子，主要包括γ射線在樣品中的自吸收校正、級聯γ符合效應校正和幾何校正等；K為中子注量率波動校正因子，其表達式為

式中，l是將照射時間分成的段數；Ti為第i段結束到全部照射結束之間的時間間隔；Δti為第i段的時間間隔；Φi是在Δti時間內入射到樣品上的平均中子通量；Φ是在全部照射時間內入射到樣品上的平均中子通量.

52Cr(n，2n)51Cr反應截面的測量結果列在表2中.為了便于比較，在表2中還列出了查到的有關文獻的結果[1-13].93Nb(n， 2n)92mNb反應的截面值是根據文獻[18]所給出的推薦值，用最小二乘法擬合出來的.本工作的主要誤差來源有：計數統計誤差，標準截面誤差，探測效率，樣品質量，γ射線的自吸收、測量幾何以及能散中子的影響等.

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

注:*表示樣品包鎘的測量結果.

從表2可以看出，在照射過程中對樣品進行包鎘處理與不包鎘處理所測得的52Cr(n，2n)51Cr反應的截面值差別較大.在中子能量為13.5±0.2 MeV，14.1±0.1 MeV，14.4±0.2 MeV和14.6±0.2 MeV四個能量點，不包鎘比包鎘的截面值分別偏高約2%，15%，12%和20%.這主要是由于包鎘時消除了熱中子引發的50Cr (n，γ)51Cr反應對52Cr(n，2n)51Cr反應截面的影響.在誤差范圍內，未包鎘處理的實驗數據與文獻[5，8]的結果一致，與文獻[9-10]中的個別能量點結果也一致.包鎘處理的實驗數據與文獻[3]的數據一致.在查到的其它文獻中，除文獻[6](截面值遠比我們及其它所有文獻值都小)外，其余的實驗值一般都大于我們包鎘處理后測得的截面值(特別是文獻[11]在14.6 MeV能量點和文獻[12]在14.1 MeV能量點的截面值遠比我們及其它文獻所給出的截面值都大).分析原因，這主要是由于熱中子的50Cr(n，γ)51Cr反應造成的.

3結論

用活化法和高純鍺γ射線探測器得到了更加精確可靠的14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反應截面實驗數據.在本文作者的實驗中，盡管沒有進行空靶實驗，但采用了新的氚-鈦靶，而且在照射樣品時對樣品進行了包鎘處理，并放在適當的位置，低能中子的影響被減少到很低的水平.另外，用高純三氧化二鉻粉作靶材料，用分辨率更高的HP Ge γ射線探測器測量反應產物的γ放射性，計算核反應截面時采用了迄今為止最新最精確的核數據，所有這些使得我們的結果更精確更可靠.我們的測量結果對校驗用于計算核反應截面的核模型的精度有重要意義，也期望有助于給出14 MeV中子引起的52Cr(n，2n)51Cr反應截面新的評價值，也有益于聚變堆的設計、評估和建造.

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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)

thermal neutron capture reaction； (n，2n) reaction induced by fast neutron； cross section； activation technique

2014-03-23.

河南省基礎與前沿技術研究計劃項目(142300410287，132300410302);平頂山市科技創新杰出人才計劃項目(2012060).

1000-1190(2014)04-0502-04

O571.42+1

A

*通訊聯系人. E-mail: zhoufq03@163.com.