用锰浴法测量散裂靶外Be材料中子增殖性能

Spallation neutron source is a high intense neutron source, covering a wide energy range. As neutron production component, spallation target is normally made of heavy metal. Neutron characteristics of spallation target concern design of the whole system. Neutron cost is a important parameter, which is number of produced neutrons normalized to the unit beam energy per incident proton. In order to obtain more intense neutrons, the proton beam intensity or the energy of protons can be increased. However, they both are limited by the accelerator technology and power. Design optimization of spallation target is important for improving neutron production as accelerator power remains the same. A method of introducing neutron multiplication material to the target system is brought up, more neutrons can be produced via (n,2n) reaction by high energy neutron. Neutrons' energy spectrum is different as directions is different.The neutrons that contribute to neutron multiplication are mainly with energy greater than 3MeV. Measurement of neutron spectrum and flux at different location around spallation target can give essential information to put multiplication material. Neutron production can be measured via manganese bath method after introducing the multiplication material. The data is helpful to the optimization of spallation target design and neutronic calculation.

散裂中子源具有中子强度高，能量范围广的特点。散裂靶作为中子产生装置，其材料为重金属。散裂靶的中子学性能关系到整个系统的设计。中子成本是一个重要的参数，即具有单位能量的单个质子轰击到散裂靶所产生的中子数目。 为了得到很强的中子，可以提高质子加速器的束流强度，或者提高束流能量，然而由于加速器技术以及功率的限制，最大束流存在极限。所以在加速器功率不变的情况下，提高中子产额，散裂靶的优化显得非常重要。提出了散裂靶外层增加增殖材料，高能中子通过(n,2n)反应道，使中子产额进一步提高。散裂靶出射中子的各个不同方向的能谱也不同。对增殖反应贡献的主要是E>3MeV的能量较高的中子份额。 测量散裂靶周围不同方向和位置处的中子能谱和通量，可以得到优化的增殖材料放置优化方法。在增加增殖材料后，通过锰浴法测定中子产额参数。其数据对散裂靶的设计优化和中子学计算具有重要意义。

散裂中子源在各领域得到广泛应用。散裂靶的中子特性关系的整个系统的设计。其中主要的参数之一是中子成本。对于散裂反应，可以通过提高入射粒子的束流能量和强度的方法来提高散裂中子源的强度。本课题的主要研究内容是，在保持加速器功率不变的情况下，对提高中子产额进行方法和可行性探索，通过在散裂靶外增加增殖材料，利用高能中子进行的(n,2n)等核反应，来进行中子增殖。在实际研究中，通过锰浴的方法测量了中子源在有增殖材料和没有增殖材料的情况下的中子产额。利用了Be金属珠作为增殖材料，具有可控制其几何形状和密度分布的特点，而且由于Be珠存在缝隙，可以使得低能中子更容易地穿透增殖层而对中子增殖效果产生影响。通过模拟计算，不同能量中子的增殖性能对颗粒缝隙的敏感程度， Mn-56衰变的光子通过NaI探测器实时测量的。并通过Geant4的计算得到了不同厚度Be材料的中子增殖效应。不同能区的中子产额效应，可以对不同能谱的中子源进行定量测算其中子增殖的效果。 同时我们通过水浴法开展了高能碳束打重金属靶的出射中子产额的测量，得到了水浴的中子产额测量结果18.4±2.1 n/C，利用Geant4中三种模型对比，详细分析了QGSP_INCLXX模型更适合模拟轰击重靶的物理过程。