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中子诱发^(232)Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究

物理学报 2022年第1期71卷 51-59页

作者：刘昌奇霍东英韩超吴康刘兴宇杨旭白晓厚王俊润张宇姚泽恩韦峥兰州大学核科学与技术学院兰州730000 兰州大学中子应用技术教育部工程研究中心兰州730000

随着第四代反应堆以及先进核能利用系统的发展,对中子核数据提出了高精度、多核素、宽能区的新要求.目前,中国核数据评价库(CENDL库)中相关核裂变的数据较缺失,不足以满足当前核能发展的需求.因此,建立面向中子核数据需求的可靠计算方... 详细信息

随着第四代反应堆以及先进核能利用系统的发展,对中子核数据提出了高精度、多核素、宽能区的新要求.目前,中国核数据评价库(CENDL库)中相关核裂变的数据较缺失,不足以满足当前核能发展的需求.因此,建立面向中子核数据需求的可靠计算方法和工具变得极为重要.本文基于Monte-Carlo方法建立了裂变碎片质量动能计算模型,研究了中低能中子诱发232Th(n,f)反应发射中子前裂变碎片的分布特性.对于裂变碎片质量分布,本模型计算结果与实验值最大偏差约1%,与GEF,TALYS程序计算结果(与实验值最大偏差约2%)相比具有一定优势.对于发射中子前裂变碎片动能分布,本模型计算结果与实验数据一致.结果表明,所发展的计算模型能够较好地预测^(232)Th(n,f)反应发射中子前裂变碎片数据,为中子诱发锕系核裂变反应计算提供一种新思路.

关键词：发射中子前裂变碎片质量分布总动能分布蒙特卡罗方法

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兰州大学的中子发生器研制及应用展望

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原子能科学技术 2022年第9期56卷 1840-1852页

作者：姚泽恩王俊润张宇韦峥卢小龙徐大鹏黑大千兰州大学中子应用技术教育部工程研究中心甘肃兰州730000 兰州大学核科学与技术学院甘肃兰州730000

1988年兰州大学成功研制了3×10^(12)s^(-1)的ZF-300强流中子发生器,主要用于核数据测量、材料辐照损伤等研究。为进一步开展活化法中子核数据测量、裂变物理等研究,兰州大学启动了基于倍压加速器的ZF-400强流中子发生器研制工程,... 详细信息

1988年兰州大学成功研制了3×10^(12)s^(-1)的ZF-300强流中子发生器,主要用于核数据测量、材料辐照损伤等研究。为进一步开展活化法中子核数据测量、裂变物理等研究,兰州大学启动了基于倍压加速器的ZF-400强流中子发生器研制工程,该中子发生器的设计指标为D束流能量400 keV、D束流强度大于30 mA、D-D中子产额大于5×10^(10)s^(-1),D-T中子产额大于5×10^(12)s^(-1)。在裂变物理研究方面,已成功发展了描述裂变核断点裂变势的势驱动模型(potential-driving model),并开展了中子诱发典型锕系核素裂变发射中子前裂变产物的质量分布计算研究;将potential-driving model植入Geant4程序,发展了用于裂变发射中子后裂变产物质量分布、动能分布、裂变中子能谱等模拟的蒙特卡罗方法,并开展了可靠性评估研究;研制了一套用于裂变产物实验测量的双屏栅电离室(TFGIC),并完成了初步实验测试。在中子应用技术方面,为满足小型化中子应用技术系统的研发需求,兰州大学成功研制了长度984 mm、直径234 mm的紧凑型中子发生器,通过在引出加速电极和靶之间加电阻的方式产生偏置电场,实现对靶上二次电子的抑制。在自注入靶条件和150 keV氘束流能量下,D-D中子产额可大于5×10^(8)s^(-1),该中子发生器已具备产生D-T中子产额大于10^(10)s^(-1)量级的潜力。完成了基于紧凑型D-T中子发生器的快中子准直屏蔽体的设计,并研发了基于微通道板的快中子成像探测器,初步D-T快中成像测试显示,图像空间分辨率约为500μm。开展了基于紧凑型D-D中子发生器的核燃料棒^(235)U富集度及均匀性检测系统研发,仿真研究表明,在D-D中子产额5×10^(8)s^(-1)条件下,对核燃料棒中10%范围内的^(235)U富集度相对变化的检测置信度可达到99%。

关键词：中子发生器中子核数据裂变物理快中子照相 235 U富集度检测燃料棒

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基于GEM工艺的裂变时间投影室性能模拟研究

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原子能科学技术 2020年第6期54卷 998-1004页

作者：赵鑫魏康刘昊胡碧涛张毅兰州大学核科学与技术学院甘肃兰州730000 兰州大学中子应用技术教育部工程研究中心甘肃兰州730000

基于GEM工艺的裂变时间投影室具有探测效率高和空间分辨率高的特点,可实现裂变产物的多参量测量.本文主要研究基于GEM工艺的裂变时间投影室在不同条件下的测量精度,使用Garfield++软件计算得到裂变时间投影室中不同的裂变产物质量数测... 详细信息

基于GEM工艺的裂变时间投影室具有探测效率高和空间分辨率高的特点,可实现裂变产物的多参量测量.本文主要研究基于GEM工艺的裂变时间投影室在不同条件下的测量精度,使用Garfield++软件计算得到裂变时间投影室中不同的裂变产物质量数测量误差约为4-6u,并通过时间信息的径迹重建研究了裂变碎片在不同工作气体中的角度分辨.研究发现,电子漂移时间长的工作气体中,裂变产物具有更好的角度分辨,并可依此在实验中选择合适的工作气体、气压和漂移电场强度来进行裂变碎片的测量.

关键词：裂变时间投影室 GEM 电子漂移径迹重建

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快中子敏感硅微通道板的模拟与设计

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核技术 2022年第2期45卷 18-24页

作者：户志鸣刘昌奇马占文郭志琦姚泽恩兰州大学核科学与技术学院兰州730000 兰州大学教育部中子应用技术工程研究中心兰州730000

兰州大学研制的快中子成像探测器由聚乙烯转换器、铅玻璃微通道板和电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)相机组成,为了进一步提高探测器的空间分辨率,计划用硅微通道板(Silicon Microchannel Plate,Si-MCP)作为像探测器中的转换器... 详细信息

兰州大学研制的快中子成像探测器由聚乙烯转换器、铅玻璃微通道板和电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)相机组成,为了进一步提高探测器的空间分辨率,计划用硅微通道板(Silicon Microchannel Plate,Si-MCP)作为像探测器中的转换器和倍增器件。采用蒙特卡罗模拟工具包Geant4,建立Si-MCP的模拟模型,并模拟Si-MCP对14 MeV快中子的转换效率和空间分辨率随板厚、倾角、孔径、壁厚的变化规律。通过分析模拟结果,对Si-MCP的几何结构进行优化,最终确定Si-MCP的几何参数。模拟结果显示:转换效率主要随板厚的增加而增加,倾角方向的空间分辨率主要受到板厚和孔道倾斜角度的影响。当Si-MCP的板厚为1 mm,通道倾角为2°,孔径设置为10μm,壁厚设置为10μm时,Si-MCP对14 MeV快中子的转换效率为0.15%,倾角方向的空间分辨率为43μm。采用V型叠加的双层Si-MCP探测系统,对14 MeV快中子的转换效率为0.31%,倾角方向的空间分辨率为43μm。模拟结果将作为设计快中子像探测器中的Si-MCP的参考依据。

关键词：硅微通道板快中子成像转换效率空间分辨率

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热中子透射成像转换屏物理设计研究

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核技术 2023年第11期46卷 21-29页

作者：刘兴宇于筱雪李航洲彭锦秋杨旭吴康白晓厚王俊润邓志勇吴璐高艮涛万国荣刘莉何鹏张芸张宇姚泽恩韦峥兰州大学核科学与技术学院兰州730000 兰州大学中子应用技术教育部工程研究中心兰州730000 中国核动力研究设计院成都610213

中子像转换屏是热中子透射成像技术的关键部件,中子像转换屏的参数严重影响空间分辨率和热中子-光子转化效率两方面的特性。采用Geant4程序模拟热中子透射成像的物理过程及透射光子二维图像,建立了基于LiF(ZnS)和LiF(GOS)像转化屏的热... 详细信息

中子像转换屏是热中子透射成像技术的关键部件,中子像转换屏的参数严重影响空间分辨率和热中子-光子转化效率两方面的特性。采用Geant4程序模拟热中子透射成像的物理过程及透射光子二维图像,建立了基于LiF(ZnS)和LiF(GOS)像转化屏的热中子透射成像模拟模型和Siemens star像指示器模型,利用线扩散函数(Line Spread Function,LSF)计算空间位置分辨率,获得热中子像转化屏厚度与空间位置分辨率、中子-光子转换效率的关系。基于兰州大学紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统参数,推荐选取LiF(GOS)像转化屏的厚度为40μm,LiF(ZnS)像转化屏厚度应选取80μm,热中子透射成像空间分辨率分别可达到45μm和63μm,为基于紧凑型D-D中子源的热中子透射成像系统的研发奠定了技术基础。此外,本工作得到的LiF(GOS)、LiF(ZnS)像转化屏优化参数同样适用于其他热中子成像装置,可为热中子透射成像系统的搭建提供了技术参考。

关键词：热中子透射成像像转换屏空间位置分辨率光转换效率

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400kV强流中子发生器的物理设计

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原子能科学技术 2012年第12期46卷 1473-1479页

作者：卢小龙姚泽恩杨尧闫思齐何雄英严晓军兰州大学核科学与技术学院甘肃兰州730000 兰州大学教育部中子应用技术工程研究中心甘肃兰州730000

对400kV强流中子发生器进行了物理设计。采用Poisson/Superfish软件对中子发生器高压电极和加速管的电场分布进行了模拟,结果显示,各关键区域的空间电场最大值远低于击穿电场限值。以强流束旁轴包络方程为基本模型,发展了强流束传输系... 详细信息

对400kV强流中子发生器进行了物理设计。采用Poisson/Superfish软件对中子发生器高压电极和加速管的电场分布进行了模拟,结果显示,各关键区域的空间电场最大值远低于击穿电场限值。以强流束旁轴包络方程为基本模型,发展了强流束传输系统束包络的计算机模拟程序IONB1.0,模拟了中子发生器传输系统中40mA的D束流包络。结果显示,设计方案中所采取的两间隙高梯度加速结构有较强的聚焦性能,能有效抵消强流束空间电荷效应造成的束流发散,加速管出口处的束包络半径约3cm,由加速管出口处的空间电荷透镜和三重四极磁透镜组成的传输系统能将束流聚焦在约140cm处的靶上,且束斑直径小于2cm。

关键词：中子发生器 Poisson Superfish软件强流离子束束流包络

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强流氘束引出系统与加速管束流匹配的研究

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原子能科学技术 2018年第8期52卷 1519-1525页

作者：卢小龙马占文黄智武张双佼王俊润韦峥张宇姚泽恩兰州大学核科学与技术学院甘肃兰州730000 兰州大学教育部中子应用技术工程研究中心甘肃兰州730000

为增加传输通过加速管的束流强度,提高中子发生器的中子产额,采用Particle-in-cell(PIC)程序模拟研究了入射束强度在10~150mA范围内,不同初始参数条件下D+1束在加速管中的传输状态。结果表明,当入射束在加速管入口处的归一化发射度取0.2... 详细信息

为增加传输通过加速管的束流强度,提高中子发生器的中子产额,采用Particle-in-cell(PIC)程序模拟研究了入射束强度在10~150mA范围内,不同初始参数条件下D+1束在加速管中的传输状态。结果表明,当入射束在加速管入口处的归一化发射度取0.25πcm·mrad,Courant-Snyder参数α=-4、β=60cm/rad时,50~100mA D+1束与加速管匹配良好。根据匹配参数,对双等离子体离子源的引出系统进行了优化,结果显示,在引出系统与加速管之间放置两个螺线管透镜和1个光阑,能有效去除D+2、D+3离子,实现100mA D+1束顺利传输通过加速管的目的。

关键词：束流匹配 PIC模拟强流离子束中子发生器

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90o伴随粒子法D-D中子产额测量修正因子计算

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核技术 2017年第1期40卷 18-23页

作者：李建一王俊润张宇黄智武卢小龙徐大鹏张杰韦峥马占文姚泽恩兰州大学核科学与技术学院兰州730000 兰州大学教育部中子应用技术工程研究中心兰州730000

开展了90o伴随粒子法D-D中子产额测量中的修正因子理论计算方法研究,基于MATLAB软件平台,开发了用于修正因子计算的计算机程序。计算给出了厚靶条件下,入射氘能量在20–700 ke V范围,90o伴随粒子法D-D中子产额测量各向异性修正因子Rthic... 详细信息

开展了90o伴随粒子法D-D中子产额测量中的修正因子理论计算方法研究,基于MATLAB软件平台,开发了用于修正因子计算的计算机程序。计算给出了厚靶条件下,入射氘能量在20–700 ke V范围,90o伴随粒子法D-D中子产额测量各向异性修正因子Rthick、中子和质子产额比(Yd,n/Yd,p)thick及总修正因子RY,并与早先的研究结果进行了对比,分析了计算结果的不确定度,总修正因子计算数据的不确定度约为2%。

关键词：伴随粒子法 D-D中子产额中子发生器修正因子

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基于微通道板的快中子像探测器转换器的模拟研究

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核技术 2015年第9期38卷 29-35页

作者：冉建玲卢小龙马占文王伟张杰王洁孟繁良张宇姚泽恩兰州大学核科学与技术学院兰州730000 兰州大学教育部中子应用技术工程研究中心兰州730000

提出了一种由聚乙烯(Polyethylene,PE)转换器、微通道板(Microchannel Plate,MCP)电子增强器和CCD(Charge-Coupled Device)相机组成的快中子照相像探测器新方案。采用Geant4软件模拟研究了14.5 Me V快中子入射在PE转换器上的出射质子产... 详细信息

提出了一种由聚乙烯(Polyethylene,PE)转换器、微通道板(Microchannel Plate,MCP)电子增强器和CCD(Charge-Coupled Device)相机组成的快中子照相像探测器新方案。采用Geant4软件模拟研究了14.5 Me V快中子入射在PE转换器上的出射质子产额、能谱随PE厚度的变化规律,确定了PE转换器的厚度范围和转换效率等重要参数。模拟结果显示,PE转换器的厚度应该选择在2.5 mm左右,此时的转换效率约为0.37%。采用Geant4软件模拟了14.5 Me V快中子入射在PE转换器的质子输运和质子在MCP中电子的产生和倍增过程,给出了MCP输出的电子束斑图像。模拟结果显示,由PE和MCP组成的转换器系统能将入射的快中子转换成电子束斑点阵信息,各电子束斑之间的界限清晰,单孔电子束斑直径略大于MCP孔径,即电子束斑点阵像素可以达到MCP孔径量级。

关键词：快中子照相聚乙烯转换器微通道板电子增益空间分辨

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基于Potential-driving模型的中子诱发^(239)Pu裂变产物计算与模拟研究

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核技术 2018年第6期41卷 54-62页

作者：李科均韦峥刘昌奇马占文黄智武张双佼韩超张宇卢小龙王俊润姚泽恩兰州大学核科学与技术学院兰州730000 兰州大学教育部中子应用技术工程研究中心兰州730000

当前新型核能利用系统及核数据评价的发展对快中子诱发^(239)Pu裂变核数据提出了更高的精度需求。本工作基于已提出并构建的Potential-driving模型,通过中子诱发^(239)Pu(n,f)裂变驱动势研究,计算了几个典型能量中子诱发^(239)Pu(n,f)... 详细信息

当前新型核能利用系统及核数据评价的发展对快中子诱发^(239)Pu裂变核数据提出了更高的精度需求。本工作基于已提出并构建的Potential-driving模型,通过中子诱发^(239)Pu(n,f)裂变驱动势研究,计算了几个典型能量中子诱发^(239)Pu(n,f)反应发射中子前裂变碎片质量分布,并与实验数据进行了对比。结果显示:Potential-driving模型计算数据能够很好地与实验数据符合。将Potential-driving模型植入GEANT4程序,开展了快中子诱发^(239)Pu(n,f)反应相关的模拟研究,给出了14 Me V中子诱发^(239)Pu(n,f)反应的裂变碎片独立产额质量分布和电荷分布、累积产额质量分布和电荷分布、动能分布、裂变中子能谱以及^(239)Pu(n,f)反应裂变碎片平均总动能随入射中子能量的变化等数据,并与GEANT4程序原有的参数化裂变模型(G4Para Fission Model)模拟结果、ENDF/B-VII.1库评价数据以及实验数据进行了比较。结果显示:所发展的Potential-driving模型能很好地预测快中子诱发^(239)Pu(n,f)反应裂变产物数据,为快中子诱发^(239)Pu(n,f)反应裂变产物核数据的研究提供了一种更可靠的计算方法。

关键词： Potential-driving模型中子诱发^239Pu(n,f)反应产额分布动能分布裂变中子谱

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