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.     

0.4～2.6 MeV宽能区质子在轻核Al上160°背散射截面测量

应用北京师范大学2×1.7 MeV串列加速器提供的质子束,采用相对测量方法测量了0.4~2.6 MeV宽能区质子在轻核Al上160°背散射截面.结果表明,对于质子在轻核Al上的散射截面,可用卢瑟福散射截面公式计算的最大入射质子能量是1.5 MeV,质子能量大于该值时,出现连续的非卢瑟福散射共振区.     

22MeV质子在13C上弹性及非弹性散射微分截面的全微观分析

作者在9°～130°散射角范围,测量了22MeV质子在12C,13C上的弹性散射微分截面以及在13C 核1/2+(3.09MeV),3/2-(3.68MeV)和5/2+(3.85MeV)激发态上的非弹性散射微分截面.对12C,13C弹性散射微分截面进行了微观光学势分析,计算结果能较好地描述实验数据.采用全微观扭曲波玻恩近似(DWBA)理论对非弹性散射实验数据进行了分析.通过小角区实验数据与理论计算结果的比较,进一步证实了13C的1/2+(3.09MeV)激发态存在中子晕结构.根据13C 核1/2+(3.09MeV)激发态的其它实验结果,对1/2+(3.09MeV)态的壳模型单体密度矩阵元(OBDME)进行了修正.修正后的壳模型OBDME能较好地描述从电子散射实验得到的1/2+(3.09MeV)态的纵向和横向形状因子(form factor)以及547MeV质子非弹性散射微分截面.另外,作者在1/2+(3.09MeV)态的质子非弹性散射实验中观察到微分截面位于120°附近的一个宽峰,该峰可能与核的π场效应(pion field effect)有关.全微观DWBA计算结果大体上能给出3/2-(3.68MeV)和5/2+(3.85MeV)激发态实验数据的幅度大小,但对细节的描述还不能令人满意.作者的研究还表明了对13C核作仔细的大规模壳模型计算以及基于现代核子-核子力构造低能区密度依赖的完整的有效相互作用的必要性.     

400 A MeV ~(12)C诱发乳胶核反应靶核碎片产生研究

对400 A MeV12C诱发乳胶不同靶核反应靶核碎片多重数分布及关联进行了研究,结果表明靶核蒸发碎片、靶核反冲质子及重电离粒子平均多重数均随靶核大小的增加而增加;靶核蒸发碎片、靶核反冲质子及重电离粒子多重数之间存在线性关联,这些结果均可以利用核-核碰撞几何模型来解释.     

~(16)C反应截面和去中子截面的研究

实验测量了能量为38A MeV的16 C在12 C靶上的反应截面和去中子截面.利用有限力程Glauber模型进行计算并与实验结果进行比较得出,16 C主要为芯核(14 C)加价中子(2n)的双核子晕核,其中价中子主要分布在2s1/2轨道上.该实验进一步在更低能量下获得实验数据并和Glauber模型计算值符合得很好.     

~(17)B的晕结构特征

实验利用束流衰减法测量了43.7AMeV丰中子核17B与C靶反应的总截面σR=(1724±93)mb.用零程Glauber计算,假定17B具有核芯15B和两个价中子结构,输入GG和GO密度分布,计算的激发函数曲线与该实验数据很好符合,输入描述稳定核双参数Fermi密度分布,不能得到与实验数据符合的结果,表明17B是核芯15B 2n的假定是合理的.并且中子密度分布表现较大空间扩展-晕结构特征.     

290 A MeV ~(12)C-AgBr反应靶核碎片发射过程中的两粒子、三粒子短程关联研究

对290 A MeV ~(12)C诱发乳胶重靶核反应靶核蒸发碎片及靶核反冲质子在发射角空间及方位角空间的两粒子、三粒子短程关联进行了实验研究.结果表明290 A MeV ~(12)C诱发乳胶重靶核反应靶核蒸发碎片和靶核反冲质子在发射角空间及方位角空间发射过程中存在两粒子短程关联,在实验误差范围内不存在明显的三粒子短程关联.     

高能质子核反应截面的Monte Carlo计算

根据高能质子核反应的核内级联模型,采用Monte Carlo方法对高能质子入射靶核的核反应过程进行了模拟计算。碰撞进入靶核内的质子初始位置由随机抽样得到,而初始的能量和动量通过守恒定律计算得出;靶核内的核子数密度采用均匀分布近似;被碰核子的初始动量从Fermi分布中随机抽样得到,被碰核子的初始运动方向从各向同性分布中抽样;核子-核子碰撞动力学采用相对论下的两体碰撞近似。编程计算了高能质子核反应截面、次级粒子能谱等数据,并与相关结果进行了对比分析。     

核Drell-Yan过程中的能量损失效应

核Drell-Yan过程中的能量损失效应是不同于束缚核子部分子分布函数核效应的另外一种核效应.用G.T.Garvey和T.C.Peng提出的处理能量损失的方法分别计算了入射质子束能量Ebeam为120GeV,50GeV的(p+W)/(p+D)的Drell-Yan微分截面比,对核Drell-Yan过程中的能量损失值与入射夸克在A核中的平均路径长度A的关系进行了讨论,提出用低能量的质子束、对核子数A为不同值的多种核子进行实验来进一步研究能量损失效应的建议.     

用中子飞行时间分析氢同位素深度分布

论述了一种注入或者吸附在材料中的氚和氘的深度分布的测量方法.样品为氚(钛)靶和氘(钛)靶.用2MeV入射质子束,T(p,n)反应研究氚的深度分布;用1MeV入射氘束,D(d,n)反应研究氘的深度分布.用标准的飞行时间方法测量中子能谱。由中子能量确定起反应的质子或氘核的能量。进而得出氚或者氘在钛层中的深度分布.本方法的灵敏度可达0.1at.％.对氚(钛)靶,当靶厚为5mg/cm~2时,深度分辩好于0.5mg/cm~2.     

基于SiC材料的激光加速质子束辐照特性研究

通过辐照核能材料SiC, 表征激光加速质子束连续宽能谱、短脉冲和高瞬态流强的特点。将SiC样品放置在距离靶体4 cm处, 连续进行300发满足指数能谱分布的能量为1~4.5 MeV的激光加速宽能谱连续质子束辐照。表面和截面拉曼光谱显示辐照后的SiC散射峰强度减小, 且拉曼光谱截面测量的整体趋势可以与SRIM模拟的能谱加权后的深度能损分布对应, 从而通过实验对能量连续分布的激光加速质子束进行表征。此外, 实验结果显示, 激光加速质子束的短脉冲特性可在SiC表面产生相当高的瞬时束流密度。这种快速的宽能谱辐照为模拟反应堆中子辐照提供了可能性。     

^17B的晕结构特征

实验利用束流衰减法测量了43．7AMeV丰中子核^17B与C靶反应的总截面σR=（1724±93）mb．用零程Glauber计算,假定^17B具有核芯^15B和两个价中子结构,输入GG和GO密度分布,计算的激发函数曲线与该实验数据很好符合,输入描述稳定核双参数Fermi密度分布,不能得到与实验数据符合的结果,表明^17B是核芯^15B＋2n的假定是合理的．并且中子密度分布表现较大空间扩展．晕结构特征．     

飞秒激光与双层靶相互作用靶背质子加速实验研究

研究了飞秒激光与10μm的Cu和5μm的C8H8构成的双层薄膜靶相互作用中在靶背法线方向质子的能量分布.采用CR39固体核径迹探测器和Thomson磁谱仪相结合测量质子能谱.实验结果表明:质子沿着靶背法线方向发射;随着质子能量的增加,质子数减少;质子在一定能量处出现截断,截止能是1179 keV.     

质子透射能量损失(PTEL)测量气溶胶样品面密度

通过用配有小孔光栏的探测器测量能量为2 MeV、束斑直径为4 mm的质子束透过气溶胶样品的能量损失(proton transmission energy losses,PTEL)谱,然后利用代表性的气溶胶元素组分和C5H9O2N有机物能量损失靶模型计算气溶胶对质子的阻止截面.在扣除气溶胶样品mylar膜衬底中质子能量损失时,分别采用了质子穿过空白mylar膜能量损失近似法和迭代法.不同模型和近似方法下PTEL测量和称量结果之间的误差大都在10%以内.     

形变双奇核184Au中的强耦合带

利用重离子融合蒸发反应159Tb(29Si,4n)184Au布居了形变双奇核184Au的高自旋态,用GASP探测器阵列进行了在束实验测量.通过对实验数据的深入分析,新发现了一条可归属于184Au核的强耦合转动带.基于对转动带有效K值的分析以及从实验数据中提取出的带内B(M1)/B(E2)值与理论计算值的比较,建议了转动带的准粒子组态和能级的自旋宇称值.     

质子激发K壳层电离截面的测定

通过测量质子轰击固体薄靶产生的特征X射线和卢瑟福散射粒子,确定了在1.6-2.4MeV能区内质子激发Ag、Cu、Ni等元素的K壳层电离截面,测量误差约为10%。用OPSSR、PWBA等模型做了相应的计算,OPSSR计算结果与实验符合得较好,PWBA计算结果与实验相比有一致性偏高。     

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.     

高能核-核碰撞中带电粒子的赝快度分布

用柱模型研究了高能核-核碰撞中产生的带电粒子的赝快度分布，蒙特卡罗方法计算的结果表明，柱模型对实验给出的赝快度分布中的涨落现象给出了较好的解释．模型计算结果与200AGeV的质子，^16O和^32S与溴化银中心碰撞，14．6A和3．7A GeV的携Si与溴化银中心碰撞，以及158A GeV的208Pb-^208Pb中心碰撞的实验数据符合。     

二体和三体晕核

利用渐近归一化常数(ANC)方法计算了一系列核的价核子密度分布的均方根半径〈r²〉^1/2 . 由于用ANC方法抽取的〈r²〉^1/2 值近似与模型参数无关, 因此是考察晕核的有效物理量. 此外, 还利用价核子、核芯核和核物质密度分布均方根半径的关系, 计算了一些三体系统双中子密度分布的均方根半径. 在两种标准下, 对晕核的候选者作了详细评估. 结果表明, 处于2s态(基态或激发态)的¹¹Be(1/2⁺, g.s), ¹²B(1^-, 2.621 MeV), ¹³C(1/2⁺, 3.089 MeV), ¹⁴C(0^-, 6.903 MeV), ¹⁴C(1^-, 6.094 MeV), ¹⁵C(1/2⁺, g.s), ¹⁹C(1/2⁺, g.s)是中子晕核, ¹⁷F(1/2⁺, 0.495 MeV), ²¹Na(1/2⁺, 2.423 MeV)是质子晕核. 对于三体系统, 除公认的⁶He, ¹¹Li外, ¹⁴Be, ¹⁷B也可能是双中子晕核.     

核Drell—Yan过程中的能量损失效应

核Drell-Yan过程中的能量损失效应是不同于束缚核子部分子分布函数核效应的另外一种核效应。用G．T．Garvey和T．C．Peng提出的处理能量损失的方法分别计算了入射质子束能量E_(beam)为120 GeV,50 GeV的(p W)/(p D)的Drell-Yan微分截面比,对核Drell-Yan过程中的能量损失值与入射夸克在A核中的平均路径长度〈L〉_A的关系进行了讨论,提出用低能量的质子束、对核子数A为不同值的多种核子进行实验来进一步研究能量损失效应的建议。