中子诱发典型锕系核素裂变后物理的理论和实验研究

The developments of new nuclear power system put forward the higher accuracy nuclear data for neutron-induced actinide nuclide fission reaction. Based on the systematic model, a global potential-driving model with more well-determined parameters is proposed by uniting the asymmetric fission potential and the symmetric fission potential, which can precisely calculate the driving potential distribution and pre-neutron-emission mass distributions for neutron-induced actinide nuclei fission. Potential-driving model is implanted on Geant4, Geant4 code simulates physical process of neutron-induced actinide nuclei post-fission, which contributes to further research on scientificity and universality, and also break out the limitation for computer capacity. Based on potential-driving model, Geant4 code studies and calculates the mass or charge distributions for independent yields and cumulative yields, kinetic energy distribution and fission neutron spectrum. What’s more, a Frisch-Grid Ionization Chamber detector is developed for experimental research on mass distribution and kinetic energy distribution for neutron-induced actinide nuclei post-fission. Ultimately, compared between experimental measurement data and theoretical data, we evaluate and provide the mass distribution and kinetic energy distribution for neutron-induced actinide nuclei post-fission, which will provide reliable data for the developments of new nuclear power system.

新型核能利用系统的发展对中子诱发锕系核素裂变反应核数据提出了更高的精度要求。本工作提出并构建裂变势驱动模型(Potential-driving model)研究复合核在断裂点时刻的驱动势分布，评价计算中子诱发锕系核素裂变后，发射中子前裂变碎片的质量分布数据。将Potential-driving模型植入Geant4程序，Geant4程序通过调用该模型来模拟中子诱发锕系核素裂变过程，进一步研究Potential-driving模型对裂变后物理描述的科学性和普适性，突破原有Geant4程序的计算限制，理论研究裂变后裂变碎片的性质。同时，研制双屏栅电离室(TFGIC)探测器，实验研究中子诱发锕系核素裂变后物理过程及裂变碎片的性质。最终，将实验测量数据与理论计算数据对比分析，系统地评价给出不同能量中子诱发典型锕系核素裂变后裂变碎片质量分布和动能分布数据，为新型核能利用系统的研发提供可靠的数据支持。

新型核能利用系统的发展对中子诱发锕系核素裂变反应核数据提出了更高的精度要求。本工作开展中子诱发典型锕系核素裂变后物理的理论和实验研究。理论方面开发的Potential-driving 模型能够准确地描述中子诱发典型锕系重核裂变的发射中子前裂变碎片质量分布，入射中子能量达到160 MeV。将已开发的Potential-driving 模型进行参数优化，构建普适的核子-核子对称裂变势、核子-核子非对称裂变势，建立中子诱发典型锕系重核裂变的发射中子前裂变碎片质量分布激发函数，较高精度地计算、预测发射中子前裂变碎片质量分布，入射中子能量达到160 MeV。典型计算结果与GEF，PYF，TALYS等程序对比，本工作计算结果能够很好地与实验数据符合，明显优于其它程序计算结果。基于Potential-driving模型，结合Monte Carlo方法，描述中子诱发锕系重核裂变物理过程，模拟计算裂变碎片独立产额、裂变碎片累计产额、裂变碎片动能分布、裂变中子谱分布，以及衰变γ谱分布。该程序可以用于计算中子诱发232Th、233,235,238U、237Np、239Pu、241Am等典型锕系重核裂变物理研究，入射中子能量适用于100 MeV以下，计算结果能够很好地与实验数据、评价数据符合。实验方面研制了双屏栅裂变电离室(TFGIC)探测器，开展中子诱发natU裂变碎片质量分布实验测量工作，基于Monte-Carlo方法开展裂变碎片能损补偿修正研究工作，首次提出能损补偿修正法分别对轻、重碎片在0°—90°出射角范围内修正，补偿裂变碎片在靶样品中的能损，得到裂变初始时刻碎片实际动能，实现2.45 MeV中子诱发natU裂变碎片质量分布数据实验测量工作。本工作从理论研究和实验研究同时开展，相互验证，相互支撑，完成中子诱发典型锕系核素裂变后物理的理论和实验研究内容，为新型核能利用系统的物理设计提供可靠的数据支持。