用MCNPX计算ADS金属靶散裂中子产额及散裂源中子效率

为了分析加速器驱动系统（ADS）中质子束能量对金属靶散裂产生的中子产额及靶内中子能谱、靶表面的泄漏谱的影响,利用MCNPX对ADS的重金属铅靶、钨靶在不同能量的质子束轰击下的中子产额、中子能谱及靶表面的中子泄漏谱进行了模拟计算,与国际上其他研究机构的模拟结果进行了比较,结果相近.并对铅靶、钨靶的中子产额及泄漏谱进行比较,模拟结果是钨靶的中子产额较铅靶的中子产额大但中子泄漏谱计数较铅的小.结合MCNP5还对一个次临界基准体系中散裂源中子相对于裂变中子的效率进行了计算.     

基于MCNPX对ADS中子源散裂靶的物理研究

运用蒙卡程序MCNPX对加速器驱动次临界反应堆系统（简称ADS）的标准散裂中子靶进行了计算研究.计算了在0.6～1.5 GeV的质子轰击下,标准Pb靶发生散裂反应产生的中子产额及分布、中子能谱以及靶内能量沉积分布.计算结果与文献理论数据、实验数据进行了比较.     

质子对碲锌镉辐照损伤的SRIM模拟

模拟计算质子对CdZnTe的辐照损伤. 先计算质子在CdZnTe中的电离损伤和位移损伤, 再计算不同能量和入射角的质子辐照CdZnTe产生的空位数, 最后计算不同能量和入射角的质子辐照不同厚度CdZnTe靶的溅射产额. 结果表明: 电离损伤远大于位移损伤; CdZnTe内因质子辐照产生的空位数随质子能量的增大而增加, 当质子入射角大于60°时, 产生的空位数明显减少; CdZnTe低于半导体硅和金刚石的抗辐照性能; 溅射产额与空位数相差较大, 溅射产额随质子能量的增大先增大后减小, 随质子入射角的增大而增大, 随CdZnTe靶厚度的增大整体趋于增大.     

大功率辐照加速器X射线转换靶设计

为完成可用于木材辐照检疫的大功率辐照加速器项目,设计了其中的X射线转换靶.通过理论分析和Monte Carlo方法模拟计算了几种常用靶材(Au, W, Ta, Cu)的X射线光子剂量产额与靶厚的关系.在确定了各单质靶最佳靶厚的基础上,进行了多层复合转换靶的结构研究.在保证光子剂量产额较高的前提下,兼顾转换靶的冷却效果,选择设计了两种分别以Ta和W为主靶材料、不锈钢为基底的复合靶方案.不锈钢基底中间设置3条水道,在冷却的基础上可对产生的X射线能谱进行硬化.这两种复合靶的热分布计算及产生的X射线均匀性均可满足实际工程的需要.     

医用电子加速器中的光中子产额计算

计算了电子加速器中不同能量的电子垂直入射到钨靶和金靶上时的光中子产额。采用 Monte Carlo 程序EGS4对电子光子簇在靶中的输运进行模拟 ,计算出光子在靶中的径迹长度 ,从而求出光中子产额。对电子加速器钨靶和金靶中的光中子产额进行了计算 ,得到了电子加速器中光中子产额随打靶电子能量变化的规律及随靶厚度变化的规律 ,为加速器靶和屏蔽系统的设计提供依据 ,并为计算光中子的剂量分布和复合靶中的光中子产额奠定基础     

慢化体材料对加速器BNCT束流装置中子品质影响研究

基于加速器中子源的硼中子俘获治疗(BNCT)是一种较好的肿瘤治疗技术,通过慢化得到的超热中子可用于非浅表肿瘤BNCT治疗.本文以2.3 MeV、10 mA质子流强的7Li(p,n)7Be中子源为对象,建立了加速器BNCT束流装置模型,采用中子输运程序MCNP研究了慢化体材料对超热中子束流品质的影响.结果表明:采用重水作为慢化体材料可有效的提高束流出口处超热中子水平,对于2.3 MeV、10 mA质子流强的7Li(p,n)7Be中子源,超热中子束流水平为0.669×109n/(cm2.s),超热中子与快中子产额比达62.3,基本达到临床治疗所需109n/(cm2.s)的超热中子水平.     

小粒子成就大世界大装置驱动大未来 ——专访中国科学院高能物理研究所东莞研究部副主任金大鹏

作为国之重器,中国散裂中子源(CSNS,以下简称"散裂中子源")是广东乃至我国重要的战略科技力量,积极融入和支撑国家重大发展战略。一期工程建成以来,散裂中子源通过自主创新和集成创新,在加速器、靶站、谱仪方面取得了一系列重大技术成果,显著提升了我国在高功率散裂靶、探测器及电子学等领域的技术水平和自主创新能力,使我国在强流质子加速器和中子散射领域实现了重大跨越。为全面展现散裂中子源建设成效,近日,本刊记者前往中国科学院高能物理研究所东莞研究部专访了该部副主任金大鹏研究员,聆听关于散裂中子源的创新故事,感受大科学装置的大与美。     

ADS相关核数据实验研究进展

本文简要介绍了中国科学院近代物理研究所ADS相关核数据实验研究进展.基于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)搭建了核数据实验测量终端,建立中子飞行时间谱仪、轻带电粒子谱仪和水浴活化等实验装置,并开展了一系列ADS关键材料的核数据实验研究,包括400 MeV/u 16O离子束轰击钨靶和铅靶的实验,296 MeV氘束轰击铅靶和厚铍靶的实验,以及250 MeV质子轰击厚钨靶和厚铅靶的水浴活化实验.实验测量主要研究了ADS散裂反应相关的中子产额、能谱、双微分截面等数据.另一方面,基于中国原子能科学研究院核数据重点实验室的中子积分实验装置,开展了ADS靶堆耦合相关材料镓、石墨、碳化硅、钨、铀等样品的积分实验,检验了ENDF/B-VII.1,CENDL-3.1,JENDL-4.0,JEFF-3.2及TENDL-2015等数据库中相关材料的中子评价数据.     

钛靶膜厚度对中子管性能的影响

采用热蒸发技术利用钼丝作为灯丝,将纯钛蒸发到陶瓷靶上,得到了钛靶,并研究了钛膜厚度对中子管产额等性能的影响.对3支靶膜厚度(0.8,2.2和6.1μm)的中子管进行了对比,发现钛膜厚度为2.2μm时,中子管的产额最高.同时比较了3支中子管的老练及稳定性.     

散裂钨靶辐射剂量计算

研究分析了加速器驱动洁净核能系统(ADS)中钨靶受质子照射一段时间后在水体中产生的辐射剂量分布和辐射剂量随存放时间的变化规律.研究结果表明:钨靶的散裂产物中长寿命放射性核素较少;辐射主要分布在沿靶半径方向的10~30 cm和距靶两底面的15 cm范围内;靶中的辐射剂量率10年后趋于稳定.     

中子诱发轻带电粒子出射核反应实验研究进展

本文介绍了中子诱发轻带电粒子出射核反应(n,lcp)研究的科学意义、研究方法和实验难点,对国际与国内的相关研究情况进行了比较全面的综述.对国际上基于n_TOF,LANSCE,ORELA和GELINA等中子源所进行的有关实验研究工作进行了系统的介绍,对国内的实验研究进行了全面介绍,对北京大学团队多年来基于4.5 MV静电加速器以及近年来基于北京HI-13串列加速器、中国散裂中子源反角白光中子源CSNS Back-n等中子源上所开展的实验研究工作进行了重点介绍.最后对国内今后在该研究方向的发展做了展望.     

290 A MeV ~(12)C诱发乳胶核反应靶核碎片前后关联研究

对290 A MeV12C诱发乳胶不同靶核反应靶核碎片在前后半球内的平均多重数及关联进行了研究,结果表明靶核蒸发碎片、靶核反冲质子、重电离粒子在前后半球内的平均多重数及它们的前后产额比均随靶核大小的增加而增加;在前后半球内靶核蒸发碎片、靶核反冲质子、重电离粒子平均多重数均随后前半球内靶核蒸发碎片及靶核反冲质子数的增加而线性增加,这些结果均可以利用核-核碰撞几何模型来解释.     

DPF脉冲中子源中子产额的活化测量研究

活化测量是等离子体焦点 (DPF)中子源的窄脉冲、高注量率中子辐射产额的有效测量方法。为提高活化探测器的测量精度 ,采用了散射中子的屏蔽措施。详细讨论了探测器的标定方法 ,用饱和照射后截止的方法 ,在加速器中子源上给出了 3个探测距离下的标定曲线和标定系数。对标定中的物理问题 ,如探测器死时间对其测量范围的影响、银的两种衰变对标定结果的影响等进行了分析。估计了主要测量误差 ,并提出了实际使用中对散射中子影响的处理方法     

ADS有窗靶散裂产物对质子管真空影响分析

为了给ADS的次临界堆芯提供持续的中子源,一般通过加速器将强度为几个毫安的质子加速到能量为数百MeV至几个GeV来轰击重金属靶.在为堆芯提供中子源的同时,也会产生散裂产物,其中包括大量的易挥发核素与轻核素.对无窗靶,易挥发核素可以直接通过窗口进入质子管,即使对于有窗靶,轻核素依然可以通过渗透进入质子管.这里分析了轻核素对有窗靶质子管真空度的影响.以软件模拟获得散裂靶中轻核素的产量,计算其渗透速度,再结合流导进行计算,即可得出质子管内的压强.最后将结合部分PDS-XADS靶的设计与估计数值给出结果.     

基于D-D/D-T中子源的中子受激辐射计算机断层扫描成像的比较研究

对比研究了D-D和D-T中子源在中子受激辐射计算机断层扫描成像(NSECT)中的应用,建立了TiT/TiD靶、水体模内放置/未放置铁球4种计算模型,并利用MCNP程序分别模拟了D-D,D-T中子源产生2.5和14 MeV左右中子束在该系统中的中子输运过程,记录并获得了出射中子和特征γ射线通量分布及能谱图,该研究对中子成像方面中子源的选择及平台的搭建有指导作用.从出射中子和特征γ射线通量分布发现,激发的特征γ射线会保持与入射中子束同样的前倾方向,为了得到尽可能多的特征γ射线,确定了在D-D和D-T两种中子源成像中,实验上应该在Z=0的平面上与中子束传播方向呈43.6°–50.9°范围内布置γ射线探测器.D-D和D-T两种中子源的NSECT高能γ探测器最佳的放置位置稍有不同,但都需要保持在43.6°–50.9°的范围内.从特征γ射线能谱发现,~(56)Fe和~(16)O对应的特征峰能量与模拟数据的激发能完全吻合,证明了NSECT技术识别元素的能力,很有可能在追踪治疗过程以及研究活体(包括人体)分子过程中崭露头角.     

中子受激辐射计算机断层扫描成像系统的MCNP模拟

本文对中子受激辐射计算机断层扫描成像(NSECT)系统进行了仿真计算,包括中子源的选择、准直屏蔽系统的设计、屏蔽墙和靶体的设置以及探测器的布置.采用MCNP程序模拟了D-T中子源产生的14MeV左右中子束在NSECT系统中轰击代替人体组织的圆柱体水体模的中子输运过程,记录并获得了元素特征γ射线和出射中子的通量分布及能谱图,该研究对中子成像平台的搭建有指导作用.从特征γ射线和出射中子的通量分布及能谱可知,在Z=0的平面上与中子束传播方向呈43.6°–50.9°的方向上布置高能γ探测器更利于得到可靠的成像数据,其中48.5°方向上可得到最佳的成像数据.从特征γ射线能谱找到了~(16)O对应的特征峰,特征峰能量与靶体元素的激发能完全一致,说明NSECT具备元素识别和确定元素浓度的能力,证明了NSECT被应用到癌症的早期或超早期诊断以及检查藏匿的炸药、毒品等领域的可能性.     

靶钛膜处理对氘-氘及氘-氚中子管性能的影响

利用氘和氚充气真空系统和镀靶系统制备了不同靶膜厚度和充气量的系列中子管,其充气系统极限真空达到了1.5×10-6 Pa.利用微调阀可精确控制每次进入系统的氘和氚气体量.通过改变钛丝量和加热电流来控制靶膜厚度,采用3He中子监测仪监测系列中子管的产额、稳定性及老练特性.探讨了靶膜的多次处理对于中子管的老练、稳定性等指标的影响,为提高中子管性能提供了参考.     

质子辐照与电子辐照对空间GaAs/Ge太阳电池性能影响比较

利用地面实验室加速器提供的离子束模拟空间质子、电子辐射,分别对空间实用GaAs/Ge太阳电池进行不同注量的辐照,并跟踪测试其电性能变化和深能级瞬态谱,研究这种太阳电池的电性能参数随质子、电子辐照注量的变化关系,得到质子、电子辐射效应及两者辐射效应的联系规律.结果表明:引起电池性能参数衰降相同时,1 MeV电子辐照注量比10 MeV质子的通常要大3个量级,质子辐照与电子辐照使电池性能参数Pmax下降了25%时,辐照注量有近似关系Φ1 MeV(e)≈2 500×Φ10 MeV(p).10 MeV,3×1012cm-2质子辐照在电池材料中引入Ec-0.18 eV和Ec-0.65 eV深能级,1 MeV,1×1015cm-2电子辐照在电池材料中引入Ec-0.12 eV和Ec-0.18 eV深能级,电子、质子辐照产生的损伤缺陷不尽相同.     

12 kJ等离子体焦点中子源

研制了一台脱离真空机组和充氘系统的12 kJ紧凑型密封等离子体焦点中子源, 在520 Pa最佳工作氘气压力下, 中子产额为(1.4 ± 0.39)×10⁹ (D-D)中子/脉冲. 采用ANSYS软件对DPF中子管内阴阳电极间隙的场分布进行了模拟, 并采用激光干涉法对阳极端部的等离子体鞘运动过程进行了诊断. 最终研制的密封等离子体焦点中子源具有稳定运行时间长、产额高、放电次数多、体积小且易于维护等优点.     

长计数器的效率刻度及其应用

为了准确测定241Am-Be 中子源的强度,研制了一套长计数器测量系统,并利用四川大学2.5MV质子静电加速器产生的单能中子在多个中子能点对其探测效率进行刻度,在刻度过程中中子注量由金活化法确定,并采用挡锥法扣除大厅散射中子本底的贡献.结果表明我们研制的长计数器在所刻度的中子能区范围内具有很好的坪特性.用该长计数器测量系统测得241Am-Be 源的强度为7.188×105/s ,不确定度为3.5%.