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不同厚度镥样品中子俘获反应实验研究

王德鑫, 张苏雅拉吐, 蒋伟, 任杰, 王金成, 唐靖宇, 阮锡超, 王宏伟, 陈志强, 黄美容, 唐鑫, 胡新荣, 李鑫祥, 刘龙祥, 刘丙岩, 孙慧, 张岳, 郝子锐, 宋娜, 李雪, 牛丹丹, 利国, 蒙古夫

Neutron capture cross section measurements for natLu with different thickness

Wang De-Xin, Zhang Su-Ya-La-Tu, Jiang Wei, Ren Jie, Wang Jin-Cheng, Tang Jing-Yu, Ruan Xi-Chao, Wang Hong-Wei, Chen Zhi-Qiang, Huang Mei-Rong, Tang Xin, Hu Xin-Rong, Li Xin-Xiang, Liu Long-Xiang, Liu Bing-Yan, Sun Hui, Zhang Yue, Hao Zi-Rui, Song Na, Li Xue, Niu Dan-Dan, Li Guo, Meng Gu-Fu
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  • C6D6闪烁体探测系统结合脉冲权重技术被广泛应用于中子俘获反应截面测量研究. 实验中采用的样品厚度直接影响中子束流时间, 同时也影响实验数据的可靠性. 本文基于中国散裂中子源反角白光束线(CSNS Back-n) C6D6探测系统, 对比研究了不同厚度的镥(Lu)样品中子俘获反应截面的实验测量. 利用GEANT4蒙特卡罗程序模拟了考虑样品厚度的探测系统光响应, 计算出精确的脉冲权重函数. 实验中, 通过采用较长中子飞行距离和本底测量, 得到了高精度的共振区产额分布. 通过R矩阵理论分析产额分布, 得到了相应的实验共振参数. 结果发现, 较厚Lu样品因其厚度效应导致共振曲线发生变化, 实验共振参数与ENDF/B-VIII.0评价数据库差距较大; 然而, 较薄Lu样品实验结果能够很好地再现ENDF/B-VIII.0评价数据.
    The C6D6 detection system coupling with the pulse height weighting technique is widely used for experimentally measuring the neutron capture cross section. The thickness of sample used in the experiment directly affects the neutron beam time and the reliability of the experimental data. In the present work, we compare the lutetium (Lu) neutron capture reaction cross sections among the samles with different thickness, obtained by the C6D6 detection system of the back-streaming white neutron beam line at China spallation Neutron Source (CSNS back-n). The light response of the detection system is simulated with the consideration of the sample thickness by GEANT4 Monte Carlo simulation code. The 4th order polynomial pulse weight functions for different samples are determined by using the above light response function. In the experiment, the high precision capture yield distributions in the resonance energy region are obtained by measuring the longer flight distance and background. The experimental resonance parameters are deduced by analyzing the capture yield distribution with the R-matrix theory. The comparisons of the results of capture yield and the resonance parameters between the two groups show that the resonance curve of 1.06mm natLu sample changes due to its thickness effect, and there is a large difference between the experimental resonance parameters and ENDF/B-VIII.0 database. However, the experimental results of 0.207mm natLu sample can well accord with the ENDF/B-VIII. 0 data.
      通信作者: 张苏雅拉吐, zsylt@imun.edu.cn
    • 基金项目: 内蒙古自然科学基金(批准号: 2019JQ01, 2018MS01009)和国家自然科学基金(批准号: U2032146, 11865010, 11765014, 11605097)资助的课题
      Corresponding author: Zhang Su-Ya-La-Tu, zsylt@imun.edu.cn
    • Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Inner Mongolia, China (Grant Nos. 2019JQ01, 2018MS01009) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. U2032146, 11865010, 11765014, 11605097)
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  • 图 1  C6D6 探测器实验光输出谱与模拟谱的比较

    Fig. 1.  Comparison of C6D6 detector light output and Geant4 simulation results.

    图 2  C6D6 探测器的能量刻度结果

    Fig. 2.  Energy calibration of C6D6 detector.

    图 3  (a) γ光输出谱; (b)权重函数; (c)原始探测效率曲线; (d)权重后的探测效率曲线

    Fig. 3.  (a) Light output spectra; (b) weight function; (c) original detection efficiency; (d) weighted detection efficiency.

    图 4  权重计数谱对比, 黑线、绿线和红线分别表示Au靶、空靶和空靶归一到小于0.3 eV能区Au靶的权重计数谱

    Fig. 4.  Comparisons of weighted counts spectrum. Black, green and red lines indicate the spectrum of Au target, empty target and normalized empty target as Au target below 0.3 eV energy region, respectively.

    图 5  (a)本底形状分析; (b) natLu靶加吸收片的权重计数谱

    Fig. 5.  (a) Background shape analysis; (b) weighted counting spectrum of natLu with filters.

    图 6  不同厚度natLu靶的中子俘获产额比较和SAMMY拟合结果

    Fig. 6.  Comparison of capture yield with SAMMY fits of natLu targets with different thicknesses.

    图 7  1.25—1.85 eV范围内 natLu中子俘获产额分布, 其中, 黑色实心点为实验数据、红色实线为SAMMY拟合结果、绿色实线为ENDF/ B-VIII.0评价数据的SAMMY计算. 图(a)和(b)分别为0.207和1.06 mm厚的natLu结果

    Fig. 7.  Neutron capture yield of natLu. Black solid circles indicate the experimental data, red and green lines indicate SAMMY fit of experimental data and SAMMY calculations of ENDF/B-VIII.0 evaluation data from 1.25 eV to 1.85 eV. Panel (a) and panel (b) show 0.207 and 1.06 mm thickness of natLu, respectively.

    图 8  1.85—6.5 eV范围内natLu中子俘获产额分布, 其中, 黑色实心点为实验数据、红色实线为SAMMY拟合结果、绿色实线为ENDF/ B-VIII.0评价数据的SAMMY计算. 图(a)和(b)分别为0.207和1.06 mm厚的natLu结果. 红色、粉色和蓝色箭头分别表示175Lu, 176Lu和 181Ta的共振能量

    Fig. 8.  Neutron capture yield of natLu. Black solid circles indicate the experimental data, red and green lines indicate SAMMY fit of experimental data and SAMMY calculations of ENDF/B-VIII.0 evaluation data from 1.85 eV to 6.5 eV. Panel (a) and panel (b) show 0.207 and 1.06 mm thickness of natLu, respectively. Red, pink, and blue arrows indicate the energies of the 175Lu, 176Lu, and 181Ta resonances, respective.

    图 9  不同厚度natLu靶的共振因子比例及其高斯函数拟合结果

    Fig. 9.  Resonance kernel ratio and its gaussian function fitting of natLu targets with different thicknesses.

    表 1  实验样品信息

    Table 1.  Sample information.

    厚度/mm直径/mm质量/mg面密度/(atom·b–1)
    natLu 1.06 30 7373.11 3.58820 × 10–3
    natLu 0.207 30 1439.84 7.00715 × 10–4
    197Au 0.1 30 1357.17 5.86721 × 10–4
    natPb 0.53 30 4249.75 1.74678 × 10–3
    59Co 0.4 80 17894.51 3.63240 × 10–3
    natAg 0.4 80 21091.40 2.34173 × 10–3
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    表 2  本实验结果与ENDF/B-VIII.0数据库及Noguere等[23]的共振因子对比

    Table 2.  Comparisons of resonance kernels of present experiment, ENDF/B-VIII.0 libraries and Noguere et al.[23].

    ER/eVElementIJgENDF/B-III.0 $ {R}_{\rm{k}} $natLu-0.207 mm $ {R}_{\rm{k}} $natLu-1.06 mm $ {R}_{\rm{k}} $Noguere-2019[23] $ {R}_{\rm{k}} $
    1.56176Lu7.07.50.530.2520.257 ± 0.0050.242 ± 0.002
    2.59175Lu3.54.00.560.1000.111 ± 0.0040.073 ± 0.0060.117 ± 0.005
    4.28181Ta3.54.00.562.0342.821 ± 0.0040.647 ± 0.003
    4.75175Lu3.54.00.560.1450.167 ± 0.0050.104 ± 0.0020.167 ± 0.006
    5.22175Lu3.53.00.440.6900.730 ± 0.0040.735 ± 0.0070.732 ± 0.017
    6.13176Lu7.07.50.530.7090.792 ± 0.0120.807 ± 0.016
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    [11] 鲍杰, 陈永浩, 张显鹏, 栾广源, 任杰, 王琦, 阮锡超, 张凯, 安琪, 白怀勇, 曹平, 陈琪萍, 程品晶, 崔增琪, 樊瑞睿, 封常青, 顾旻皓, 郭凤琴, 韩长材, 韩子杰, 贺国珠, 何泳成, 何越峰, 黄翰雄, 黄蔚玲, 黄锡汝, 季筱路, 吉旭阳, 江浩雨, 蒋伟, 敬罕涛, 康玲, 康明涛, 兰长林, 李波, 李论, 李强, 李晓, 李阳, 李样, 刘荣, 刘树彬, 刘星言, 马应林, 宁常军, 聂阳波, 齐斌斌, 宋朝晖, 孙虹, 孙晓阳, 孙志嘉, 谭志新, 唐洪庆, 唐靖宇, 王鹏程, 王涛峰, 王艳凤, 王朝辉, 王征, 文杰, 温中伟, 吴青彪, 吴晓光, 吴煊, 解立坤, 羊奕伟, 杨毅, 易晗, 于莉, 余滔, 于永积, 张国辉, 张旌, 张林浩, 张利英, 张清民, 张奇伟, 张玉亮, 张志永, 赵映潭, 周良, 周祖英, 朱丹阳, 朱科军, 朱鹏. 更正:中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量. 物理学报, 2019, 68(10): 109901. doi: 10.7498/aps.68.109901
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    [14] 鲍杰, 陈永浩, 张显鹏, 栾广源, 任杰, 王琦, 阮锡超, 张凯, 安琪, 白怀勇, 曹平, 陈琪萍, 程品晶, 崔增琪, 樊瑞睿, 封常青, 顾旻皓, 郭凤琴, 韩长材, 韩子杰, 贺国珠, 何泳成, 何越峰, 黄翰雄, 黄蔚玲, 黄锡汝, 季筱路, 吉旭阳, 江浩雨, 蒋伟, 敬罕涛, 康玲, 康明涛, 兰长林, 李波, 李论, 李强, 李晓, 李阳, 李样, 刘荣, 刘树彬, 刘星言, 马应林, 宁常军, 聂阳波, 齐斌斌, 宋朝晖, 孙虹, 孙晓阳, 孙志嘉, 谭志新, 唐洪庆, 唐靖宇, 王鹏程, 王涛峰, 王艳凤, 王朝辉, 王征, 文杰, 温中伟, 吴青彪, 吴晓光, 吴煊, 解立坤, 羊奕伟, 杨毅, 易晗, 于莉, 余滔, 于永积, 张国辉, 张旌, 张林浩, 张利英, 张清民, 张奇伟, 张玉亮, 张志永, 赵映潭, 周良, 周祖英, 朱丹阳, 朱科军, 朱鹏. 中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量. 物理学报, 2019, 68(8): 080101. doi: 10.7498/aps.68.20182191
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-04
  • 修回日期:  2021-12-03
  • 上网日期:  2022-01-26
  • 刊出日期:  2022-04-05

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