14 MeV附近<sup>191</sup>Ir(n,2n)<sup>190</sup>Ir反应截面实验研究

朱传新; 秦建国; 郑普; 蒋励; 朱通华; 鹿心鑫

doi:10.7498/aps.71.20220776

摘要

铱元素是测量中子能谱的优质活化探测器. 本文围绕¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir反应截面开展了实验研究, 在PD-300中子发生器DT中子源上采用活化法以⁹³Nb(n,2n)^92mNb反应截面为标准进行了14 MeV附近9个能点的¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir反应截面测量, 活化产物采用高纯锗探测器进行了测量, 获得了13.40—14.86 MeV范围内¹⁹¹Ir (n,2n)¹⁹⁰Ir第2激发态截面σ_m2, ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir基态与第1激发态之和的反应截面σ_g+m1、总反应截面σ_g+m1+m2和截面比σ_m2/σ_g+m1等实验数据, 实验不确定度在3.4%—3.5%, 其中, 14 MeV对应σ_m2 = (136.05 ± 4.93) mb, σ_g+m1 = (1972.35 ± 67.06) mb, σ_g+m1+m2 = (2108.40 ± 71.99) mb, 截面比σ_m2/σ_g+m1 = 0.0690 ± 0.0024. 实验结果与文献数据及ENDF/B-VIII.0 和JEFF3.0/A数据库评价数据进行了比较, 结果表明: 第1激发态与基态截面之和σ_g+m1实验结果与文献数据取得了较好的一致性, ENDF/B-VIII.0数据库评价数据与本工作所得¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir总反应截面σ_g+m1+m2实验数据较好地符合, 对文献数据分歧情况进行了分析和澄清; 本实验结果与文献数据相较有更高的测量精度, 本研究结果可为核数据评价相关工作提供重要参考.

关键词:

反应截面 /
Ir /
活化法 /
DT中子源

Abstract

Natural iridium acts as a high-quality activated detector for probing the energy components of a neutron fluence. Measurements of ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir cross sections are carried out near 14 MeV by the activation method based on ⁹³Nb(n,2n)^92mNb reaction cross section standard by PD-300 neutron generator DT neutron source. The (n,2n) products are measured by using a calibrated high pure Ge detector. The cross sections of ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir, σ_m2 and σ_g+m1, are measured carefully. The ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir cross sections: σ_m2, σ_g+m1, σ_g+m1+m2 and cross section ratio of σ_m2/σ_g+m1 are obtained in an energy range of 13.40–14.86 MeV. Experimental uncertainties are in a range of 3.4%–3.5%. The measured cross sections for the reaction of ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir at 14 MeV are σ_m2 = (136.05 ± 4.93) mb, σ_g+m1 = (1972.35 ± 67.06) mb, σ_g+m1+m2 = (2108.40 ± 71.99) mb, and σ_m2/σ_g+m1 = 0.0690 ± 0.0024. The present data are compared with the previous experimental data and the ENDF/B-VIII.0 and JEFF3.0/A evaluated data, showing that the experimental data from the literature are in good agreement with the present data for σ_g+m1, the evaluated data from JEFF3.0/A are underestimated by 5%–20% in comparison with the present data for σ_m2, the evaluated data from ENDF/B-VIII.0 are underestimated by 10% in comparison with the present data for σ_m2, and the ENDF/B-VIII.0 data are consistent with the present data for σ_g+m1+m2. The discrepancies between the data from the literature and the present data are analyzed and clarified. The present data show significant improvement in accuracy in comparison with data from the literature, these results provide more reliable nuclear data for improving the future evaluation.

Keywords:

作者及机构信息

中国工程物理研究院核物理与化学研究所, 绵阳　621999

通信作者: 朱传新, zcx_602@sina.com

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11775200)资助的课题.

Authors and contacts

Institute of Nuclear Physics and Chemistry, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China

Corresponding author: Zhu Chuan-Xin, zcx_602@sina.com

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11775200).

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参考文献

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施引文献

图 1 ¹⁹⁰Ir衰变纲图

Fig. 1. Simplified representation of formation and decay of ¹⁹⁰Ir.

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图 2 (n,2n)激发函数实验装置

Fig. 2. Experiment assembly of (n,2n) excitation fuction.

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图 3 样品放置

Fig. 3. Sample setting.

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图 4 样品及实验装置照片

Fig. 4. The picture of experiment assembly and sample.

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图 5 高纯锗探测效率曲线

Fig. 5. Efficiency-energy curve for Ge detector.

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图 6 冷却2 d后的铱样品γ谱

Fig. 6. The γ-ray spectra of iridium sample with 2 d cooling time.

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图 7 ¹⁹⁰Ir激发态γ谱

Fig. 7. The γ-ray spectra of ^{190 m2}Ir.

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图 8 ^{92 m}Nb的γ谱

Fig. 8. The γ-ray spectra of ^{92 m}Nb.

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图 9 σ_g+m1实验结果与文献及评价数据的比较

Fig. 9. Comparison with reference and the available evaluated data of σ_g+m1.

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图 10 σ_m2与文献及评价数据的比较

Fig. 10. Comparison with reference and the available evaluated data of σ_m2.

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图 11 σ_g+m1+m2与文献及评价数据的比较

Fig. 11. Comparison with reference and the available evaluated data of σ_g+m1+m2.

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表 1 样品参数

Table 1. Sample characteristics.

样品	纯度/%	同位素成分/%	厚度/mm	直径/mm
Nb	99.999	⁹³Nb 100	0.5	20
Ir	99.95	¹⁹¹Ir 37.3	0.5	20
Ir	99.95	¹⁹³Ir 62.7	0.5	20

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表 2 在实验数据分析中使用的同位素参数

Table 2. Details of radioactivity constants used in analysis of experimental data.

核素	半衰期	E_γ/keV	I_γ
^92mNb	10.15 d	934.44	0.9915
^190gIr	11.78 d	371.24	0.216
^190m2Ir	3.087 h	616.50	0.9015

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表 3 ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir反应截面及截面比实验结果

Table 3. The ¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir cross sections and cross section ratio from this work.

E_n/MeV	σ_g+m1/mb	σ_m2/mb	σ/mb	σ_m2/σ_g+m1
13.40	1939.42 ± 65.94	122.09 ± 4.29	2061.51 ± 70.23	0.0630 ± 0.0022
13.60	1957.66 ± 66.56	128.30 ± 4.58	2085.96 ± 71.14	0.0655 ± 0.0023
13.80	1963.28 ± 66.75	132.92 ± 4.85	2096.20 ± 71.60	0.0677 ± 0.0024
14.00	1972.35 ± 67.06	136.05 ± 4.93	2108.40 ± 71.99	0.0690 ± 0.0024
14.20	1977.33 ± 67.23	140.08 ± 5.03	2117.41 ± 72.26	0.0708 ± 0.0025
14.40	1981.92 ± 67.39	150.98 ± 5.34	2132.90 ± 72.73	0.0762 ± 0.0026
14.60	1980.04 ± 67.32	161.50 ± 5.82	2141.54 ± 73.14	0.0816 ± 0.0029
14.80	1981.45 ± 67.37	164.25 ± 5.87	2145.70 ± 73.24	0.0829 ± 0.0029
14.86	1964.28 ± 66.79	158.56 ± 5.72	2122.84 ± 72.51	0.0807 ± 0.0028

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表 4 反应截面测量结果的不确定度

Table 4. Uncertainties in the cross section.

不确定度来源	不确定度 %
⁹³Nb(n,2n)^92mNb反应截面数据	2.0
伴随α粒子相对监测	1.0
HPGe探测器效率刻度	2.0
特征γ射线峰计数	0.7—0.9
衰变数据	1.0
时间因子	0.5
修正因子	1.0
总不确定度	3.4—3.5

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14 MeV附近¹⁹¹Ir(n,2n)¹⁹⁰Ir反应截面实验研究