2-58 D- T中子穿透铁球伴生 γ射线泄漏能谱实验

朱传新陈渊郭海萍

　　铁元素是研究堆材料中常遇到的核素，尤其作为聚变堆的结构材料，铁是必不可少的。同时，铁也是保护超导磁体不受放射热量照射损伤的关键屏蔽材料。根据核数据库的评价，对于通用库结构材料Fe，各评价数据库的数据分歧约为20%。因此，利用积分实验来检验微观核数据是很有必要的，利用MCNP4A程序和各数据库模拟D-T中子照射下铁球γ射线泄漏能谱，并将计算结果与积分实验测量得到的 γ射线泄漏能谱进行比较，从而检验微观核数据。

　　用康普顿反冲电子方法测量14MeV的D-T中子穿透系列铁球的伴生γ射线泄漏能谱，能谱的能量范围为0.5~5MeV。NS-200加速器提供D-T中子源。铁球材料含铁98.5%，另外还有少量的锰、碳、硅，密度为7.86g/cm³，铁球尺寸分别为：f 6.0~f 12.0cm，f 4.0~f 16.0cm，f 4.0~f 26.0cm，f 4.0~f 36.0cm，f 4.0~f 47.6cm。

　　BC-501A液体闪烁探测器用于测量g 射线产生的康普顿反冲电子谱。绝对中子产额利用伴随_a粒子法进行监测。闪烁体对单能g 射线的响应函数是用MARTHA蒙- 卡程序模拟计算的。对⁵⁴Mn的0.835MeV和¹²C的4.438MeV g 射线反冲电子谱的实验测量与模拟计算结果进行了比较，测量与计算结果符合得较好。对影响探测效率的因素，如阈能、壳层等作了比较，对于点g 射线源距探测器端面100cm的情况下，0，0.3，0.5MeV三个不同阈能的积分效率曲线示于图1。由3条曲线可以看出，未卡阈时，探测器对低能部分g 光子的探测效率比较高，随着阈能的提高，探测器对低能g 光子的探测效率呈下降趋势，而阈能对高能g 光子探测效率的影响较小。对于g 能量为1，3，5，7，9MeV，从有、无铝容器的能量大于0.3MeV的探测效率，可以看出，随着g 能量增加，铝容器对于探测效率的影响也增大，如表1所示。

表 1 有、无铝容器时探测效率的比较

	1.0 MeV	3.0 MeV	5.0 MeV	7.0 MeV	9.0 MeV
有铝壳	0.2197	0.1739	0.1514	0.1393	0.1318
无铝壳	0.2053	0.1411	0.1114	0.09534	0.08547

　　用脉冲形状甄别技术去除中子本底，测量得到的康普顿反冲电子谱通过解逆矩阵得到g 射线能谱，靶室产生的g 射线本底，通过实验测量和模拟计算相结合的方法加以扣除。首先测量靶室产生的g 射线康普顿反冲电子谱，解谱得到靶室g 泄漏谱，将所解得的靶室g 泄漏谱归一到原点，即中子源处，利用MCNP蒙卡程序输运计算靶室_g射线穿透铁球后所泄漏的_g能谱，最后从铁球_g射线泄漏能谱中扣除。

　　通过分析能谱，发现铁球厚度对能谱变化的影响有一定的规律，当铁球厚度小于6cm时，g 泄漏通量随厚度增加呈上升趋势，当厚度大于6cm时，通量随厚度增加呈下降趋势。

　　利用高纯锗探测器测量_g泄漏能谱，将结果与BC- 501A测量结果进行对比，几个典型的中子非弹性散射所产生的特征γ射线峰846.77，1238.282，1771.351，2212.933keV，对应一致，由此确定BC- 501A探测器测量结果是准确、可靠的。

　　利用MCNP4A程序和t-2、ENDF/B-V、ENDF/B-VI和FENDL-2等数据库模拟D-T中子照射下铁球g 射线的产生及输运过程，并将计算结果与实验进行了比较，ENDF/B-VI，FENDL-2 和t-2数据库与实验符合得比较好，C/E分别为0.91，0.95，0.85。而ENDF/B-V数据库与实验测量的分歧比较大，C/E为1.30。对所测电子反冲谱(ERS)与LLNL测量结果进行了比较，如图2所示，二者符合得较好。