14.1 MeV中子诱发<sup>92</sup>Mo(n,p)<sup>92m</sup>Nb反应截面的精确测量

周小媛; 江历阳; 李文琳; 郭浩; 武文若; 阮锡超; 黄小龙

doi:10.7498/aps.74.20250700

摘要

钼作为重要的结构材料, 在核能系统中得到广泛应用, 因此钼高精度的中子反应截面对核能系统研发具有重要意义. 本文采用活化法和相对测量法测量了⁹²Mo(n,p)^92mNb的反应截面, 利用中国原子能科学研究院纳秒脉冲中子发生器(CPNG)对样品进行辐照、利用高纯锗探测器对辐照后样品进行活化产物核的活度测量, 并计算反应截面和修正因子, 最终得到14.1 MeV能点的⁹²Mo(n,p)^92mNb的反应截面. 为降低实验测量的不确定度, 本工作提出了待测产物与监测产物为同一个产物核的策略, 有效消除了产物核半衰期与衰变分支比、伽马探测效率、辐照过程的束流波动等引进的不确定度, 有效提高了测量精度, 获得了到目前为止精度最高的实验数据. 测量结果与其他实验数据进行了比较与分析, 本工作为该反应道的核数据评价提供了高精度的实验数据支撑.

关键词:

Abstract

Molybdenum, as an important structural material, has been widely used in nuclear energy systems. Therefore, the high-precision neutron reaction cross-section of molybdenum is of great significance for developing nuclear energy systems. This paper uses activation and relative measurement methods to measure the reaction cross section of ⁹²Mo(n,p)^92mNb. The sample is irradiated at a 90º angle using nanosecond pulse neutron generator (CPNG) from the China Institute of Atomic Energy. After a period of cooling time, the activities of the activated product nuclei of the irradiated sample are measured using a high-purity germanium detector, and the reaction cross section and correction factors are calculated. The traditional correction factors include neutron fluence fluctuation, cascade, self-absorption, geometry and scattered-neutron corrections. Finally, the reaction cross section of⁹²Mo(n,p)^92mNb at 14.1-MeV energy point is obtained. In order to reduce the uncertainty of experimental measurements, this work proposes a strategy in which the test product and the monitoring product are the same nuclide, effectively eliminating the uncertainties caused by the half-life and decay branch ratio of the product nucleus, gamma detection efficiency, and beam fluctuations during irradiation. This method significantly enhances the measurement accuracy, achieving the highest precision experimental data to date. This experiment aims to minimize the overall measurement uncertainty, so the stringent requirements are imposed on both the sample mass-thickness and the operating environment. The mass and thickness of each sample are therefore determined through five independent measurements using a 0.1 mg-precision analytical balance and a vernier caliper, respectively, and the mean values are taken. After the experiment, the measured data are carefully compared and analyzed with other datasets, The value of cross-section is not significantly different from others in the database and is located within the error range, which further verifies the feasibility of this method, providing high-precision experimental support for evaluating the nuclear-data of this reaction channel.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国原子能科学研究院, 核数据重点实验室, 北京　102413

2.
河南师范大学物理学院, 新乡 453007

通信作者: 江历阳, jiangly@ciae.ac.cn

基金项目: 国家重点研发计划(批准号: 2023YFA1606603)和稳定支持基础科研计划(批准号: BJ010261223282)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Nuclear Data, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China

2.
School of Physics, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China

Corresponding author: JIANG Liyang, jiangly@ciae.ac.cn

Funds: Project supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2023YFA1606603) and the Continuous-Support Basic Scientific Research Project, China (Grant No. BJ010261223282).

文章全文

参考文献

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施引文献

图 1 样品组悬挂与中子源辐照示意图

Fig. 1. Schematic diagram of sample group suspension and neutron source irradiation.

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图 2 高纯锗及内部支架(源放在支架中心处)

Fig. 2. High purity germanium and internal bracket (source placed at the center of the bracket).

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图 3 测量得到的样品Mo和两个监测片Nb的伽马能谱

Fig. 3. Gamma spectra of the measured sample Mo and two monitoring samples Nb.

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图 4 模拟得到的散射中子能谱

Fig. 4. Simulated scattered neutron energy spectrum.

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图 5 本实验截面值和现有数据比较

Fig. 5. Comparison between the cross-sectional values of this experiment and existing data.

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表 1 样品和监测片的参数

Table 1. Parameters of samples and monitoring plates.

材料	直径/mm	厚度/mm	质量/g	丰度/%
⁹²Mo	20	1.03	3.2496	14.53
⁹³Nb-1	20	0.79	2.0685	100
⁹³Nb-2	20	0.78	2.0675	100

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表 2 待测样品与监测片修正因子汇总表

Table 2. Summary of correction factors for test samples and monitoring plates.

样品	f_s	f_g	f_c
Mo	0.9750	0.9912	0.9600
Nb	0.9836	0.9930	0.9900

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表 3 不确定度评价表

Table 3. Uncertainty evaluation table.

不确定度来源	相对不确定度/%
不确定度来源	⁹²Mo(n,p)^92mNb	⁹³Nb-1(n,2n)^92mNb	⁹³Nb-2(n,2n)^92mNb
样品质量	≤0.01	≤0.01	≤0.01
半衰期	0.2	0.2	0.2
计数统计	1.33	0.38	0.36
中子能谱/散射中子修正	1	1	1
丰度不确定度	0.7	—	—
几何自吸收不确定度	0.36	0.7	0.7
监测反应截面不确定度	0.55	—	—
比截面不确定度(不包括监测反应截面不确定度)	1.85	—	—
总不确定度	1.93	—	—

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14.1 MeV中子诱发⁹²Mo(n,p)^92mNb反应截面的精确测量

Accurate measurement of cross section of ⁹²Mo(n,p)^92mNb reaction induced by 14.1-MeV neutrons

摘要

Abstract

作者及机构信息

1.
中国原子能科学研究院, 核数据重点实验室, 北京　102413

2.
河南师范大学物理学院, 新乡 453007

通信作者: 江历阳, jiangly@ciae.ac.cn

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Nuclear Data, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China

2.
School of Physics, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China

Corresponding author: JIANG Liyang, jiangly@ciae.ac.cn

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14.1 MeV中子诱发92Mo(n,p)92mNb反应截面的精确测量

Accurate measurement of cross section of 92Mo(n,p)92mNb reaction induced by 14.1-MeV neutrons

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1. 中国原子能科学研究院, 核数据重点实验室, 北京 102413 2. 河南师范大学物理学院, 新乡 453007

通信作者: 江历阳, jiangly@ciae.ac.cn

Authors and contacts

1. Key Laboratory of Nuclear Data, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China 2. School of Physics, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China

Corresponding author: JIANG Liyang, jiangly@ciae.ac.cn

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14.1 MeV中子诱发⁹²Mo(n,p)^92mNb反应截面的精确测量

Accurate measurement of cross section of ⁹²Mo(n,p)^92mNb reaction induced by 14.1-MeV neutrons

1.
中国原子能科学研究院, 核数据重点实验室, 北京　102413

2.
河南师范大学物理学院, 新乡 453007

1.
Key Laboratory of Nuclear Data, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China

2.
School of Physics, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China