基于C6D6探测系统的中子俘获截面测量技术研究

The radiative neutron capture cross section (σnγ) is an important part of Nuclear Data Bank, which is widely used in nuclear engineering, national defense, foundational nuclear physics and so on. However, we have not carry out any measurement of the σnγ in resonance region in our country, for the lacking of suitable neutron source. The China Spallation Neutron Source (CSNS) back-streaming white neutron beam line can provide pulsed neutron beam with high flux and wide energy region, which is very suitable for the σnγ measurement. The C6D6 system with Pulse Height Weighting Technique (PHWT) is an ideal system for σnγ measurement, because of its simple tructure, low cost and high precision. The purpose of this study is to build a C6D6 system which is suitable for the CSNS back-streaming neutron beam line, and develop the PHWT methods and programs. With these research, we can know well the experiment skills and gather experience for the σnγ measurements which we will do in the future.

中子俘获截面数据是核数据重要的组成部分，在核工程和基础核物理等领域具有重要的应用价值。由于缺少合适的中子源，我国在连续共振区的中子俘获截面测量领域仍处于空白阶段。中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线可提供高通量、宽能区的脉冲中子束，适合开展中子俘获截面测量实验。基于脉冲高度权重技术(PHWT)的C6D6探测系统是测量中子俘获截面的理想的探测系统，其结构简单，成本较低，且能够得到精度较高的数据。本研究项目的目的就是设计并建造一套适用于CSNS反角白光中子束线的C6D6探测系统，并开发出适合这套系统的PHWT方法和程序，为以后开展重要核素的中子俘获截面测量积累实验和数据分析方面的技术和经验。

中子俘获反应是中子消失的主要核反应之一，其截面数据在核工程设计、新型核能系统研发、核天体物理基础研究等领域具有重要的应用价值。基于白光中子源的中子俘获截面测量实验能够在宽能区测得中子俘获反应截面，美国、欧洲等发达国家早已利用先进的白光中子源测量了很多重要核素的中子俘获截面，为其国防和能源建设提供了基础数据。2018年建成的中国散裂中子源反角白光中子束线（Back-n）是我国首个宽能区、脉冲化的白光中子源，本项目依托Back-n研究使用C6D6探测器测量中子俘获截面的实验技术和数据分析方法，研究工作包括：优化了C6D6测量系统和权重函数，发展了实验本底测量技术，掌握了不同能区的数据分析方法，完成了标准样品测量实验并得到了截面数据。. 本项目优化了Back-n上的C6D6探测器材料和几何布局，，重新设计加工了探测器支架，使整个测量系统具有较低的中子灵敏度。使用伽马放射源测量了每个C6D6探测器的能量分辨率，为精确计算系统的权重函数提供了基础参数。研究通过求解点态响应矩阵计算权重函数的方法，进一步提高了系统权重函数的精度。本项目开展了大量的实验研究，摸索在Back-n上测量俘获截面的最佳实验条件，掌握了通过散射样品测量实验本底时间结构的技术，发展了使用共振吸收法定量测量实验本底的技术，提高了实验测量精度。在共振区研究了共振参数分析方法，在连续能区研究了平均截面计算方法，并尝试了相对测量的数据分析方式。本项目使用Au-197作为标准样品验证了实验测量技术和数据分析方法，以此为基础开展了Tm-169的中子俘获截面测量，得到的共振参数和平均截面与核数据评价库的推荐值以及EXFOR中的实验数据符合较好，说明本项目发展的实验测量技术和数据分析方法是正确、可行的。. 通过本项目的研究，掌握了利用C6D6探测器开展宽能区中子俘获截面测量的关键技术，为将来开展高精度的俘获截面测量积累了技术基础。