基于GEF模型的原子核裂变碎片质量分布研究

作     者：郝艺伟 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王华磊;董国香

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 082701[工学-核能科学与工程] 

主      题：中子诱发裂变 自发裂变 质量产额分布 产额能量关系 GEF模型 

摘      要：当今时代核能已成为能源的重要组成部分,核裂变是核能利用的一种重要方式,准确评价裂变过程中的裂变产物产额对衰变热的计算,核反应堆设计与运行以及乏燃料和废物处理等方面都具有实际应用意义。同时,研究裂变产额的分布对核裂变机制和核结构研究也具有十分重要的意义。本工作使用的是K.-***等人提出的GEF（GEneral Fission）唯象模型。该模型是描述裂变过程的一种半经验模型,它运用了量子力学和统计力学中的物理概念,结合实验信息调整出了一组适用于不同裂变系统的参数,避免了微观计算的局限性,简化了计算过程,可以计算大量原子核的多种裂变可观测量。在本文中,使用GEF唯象模型研究锕系核中子诱发裂变和自发裂变质量产额分布规律。通过对232Th,233U,235U,238U,239Pu的中子诱发裂变碎片质量分布结果的研究表明,随着入射中子能量的提高,壳效应逐渐减弱,对称裂变所占贡献逐渐增大,非对称裂变的贡献逐渐减小。重碎片的平均质量几乎保持在A=140左右,这是由于N=88（β≈0.6）形变壳的影响,各个裂变模式的质量分布中S1模式和S2模式的位置几乎不变,这也与壳效应相对应。入射中子能量增加到一定值时多次机会裂变各裂变道会依次打开,随着能量增高,（n,f）裂变道的相对贡献逐渐降低,而（n,nf）,（n,2nf）等其他裂变道的贡献逐渐增加。在质量分布的不同位置上产额随能量变化有着不同的变化趋势,峰区的产额随着入射中子能量的升高而下降,谷区和两侧翼处的产额随着入射中子能量上升而升高。产额质量分布图中会出现4个交叉点,即趋势转折点。交叉点可作为判断产额趋势的重要参考。通过对多个裂变系统的多个计算程序（CYFP、GEF）的计算结果相比较,GEF计算结果与大多数的实验数据（包括新获取的实验数据）符合得比较好,可以为缺乏产额实验数据的核提供较为可靠的预测。除中子诱发裂变外,用GEF模型计算了240Pu自发裂变的质量分布,结果与实验数据符合良好。此外,计算了256-258Fm同位素的自发裂变碎片质量分布,GEF程序能够再现实验上观测到的随中子数增加从双峰质量分布到单峰质量分布的转变,这通常解释为宏观势和壳效应的共同作用使得258Fm倾向于分裂成两个靠近Z=50,N=82的双幻数碎片,对称分裂占据明显优势。