核燃料嬗变中241Am的中子学参数实验研究

Neutron reaction cross sections of 241Am have an important impact on transmutation blanket neutronics design and nuclear explosion diagnosis. The reliability of the data has to be validated by integral experiments; however, the neutronics experimental data on 241Am is still lacking at present. In this work, the transmutation blanket mockup would be established based on accerellator-based fusion neutron source and depleted uranium blocks. The experimental data of 241Amfission rate and capture reaction rate distribution would be obtained through investigating the key techniques in measurement of fission rate, capture rate of 241Am , low energy neutron measurement and so on. Transmutation characteristics and law would be investigated by combining the measurement of differential cross section; the neutron distribution and transportation law would be studied from neutron spectrum above the resonance region. Finally, the integral test and analysis on neutron data of 241Am would be conducted. The results of this study can provide benchmark experimental data and technique support for the accuracy and reliability of the transmutation blanket physical design.

241Am的中子反应截面对于嬗变包层中子学设计以及核爆诊断等方面都有重要的应用需求，其数据的可靠性需要通过宏观实验检验，而目前241Am的中子学实验数据还很缺乏。本申请拟基于加速器聚变中子源和现有的贫化铀装置，建立嬗变包层模拟装置，通过241Am裂变参数、241Am俘获反应率、低能区中子能谱等测量的关键技术研究，获取241Am裂变率及俘获反应率分布的实验数据，结合裂变截面等微观参数测量，以反映241Am的嬗变特性和规律；提供共振区以上中子能谱实验数据，以反映中子分布及输运规律；完成241Am核参数的宏观检验与分析。为保障嬗变包层物理设计的精准可靠提供基准实验数据和技术支撑。

针对核燃料嬗变中241Am中子学实验数据比较缺乏的现状，其中子学参数测量技术难度也较大，本项目充分利用现有的中子发生器设备平台等实验条件，开展了241Am裂变参数测量技术、241Am俘获反应率测量技术、低能区中子能谱测量技术研究，并完成了对应的实验数据测量及数据评价分析工作。完成了241Am裂变截面谱仪研制及其性能参数考核，建立了241Am裂变谱解谱技术及α本底扣除技术，在此基础上开展了241Am/235U截面比实验测量，获得了DT能点下的241Am/235U截面比实验数据，既表明了探测器能够满足241Am裂变截面实验要求，也可表明掌握了241Am裂变参数测量分析技术，同时探索了基于PPAC电离室的241Am裂变截面测量技术。分析论证了多种241Am俘获反应率测量技术方案，结果表明采用“磁偏转”、“吸收法”或“直接测量法”均能实现242Cm α粒子测量，241Am镀片活度较大时适合采用“磁偏转法”或“吸收法”，241Am镀片活度较小时适合采用直接测量法；针对现有实验室条件下241Am α粒子强于242Cm α粒子约6个量级的测量难点，采用“直接测量法”开展了241Am俘获反应率测量实验研究，获得的241Am的俘获反应率实验结果与模拟结果相差约13％，这说明241Am俘获反应率的宏观参数有待于进一步评估。基于中子发生器的脉冲模式，利用Li玻璃、CLYC晶体和液体闪烁体探测器完成了低能中子能谱测量技术研究，建立了测量方法和数据处理方法，在此基础上完成了中子能谱实验研究，并对实验结果作了同行比对，实验数据表明通过多种探测器组合可实现较宽能区的中子能谱测量，中子能阈下限可至eV级。同时开展了基于共振吸收的中子能谱探针技术，发展了基于活化反应的共振自屏吸收效应实验技术。研究期间共发表学术论文6篇，其中SCI学术论文4篇、EI论文2篇；项目执行期间，已协助培养硕士研究生2人（2人已顺利毕业）和博士研究生2人（在读）。基于本项目研究结果，可为241Am的嬗变特性和规律的认识及相关物理设计提供基准数据和技术支撑。