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56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究

霍东英 刘昌奇 韩超 吴康 胡志杰 户志鸣 于筱雪 姚泽恩 韦峥

霍东英, 刘昌奇, 韩超, 吴康, 胡志杰, 户志鸣, 于筱雪, 姚泽恩, 韦峥. 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究[J]. 原子核物理评论, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
引用本文: 霍东英, 刘昌奇, 韩超, 吴康, 胡志杰, 户志鸣, 于筱雪, 姚泽恩, 韦峥. 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究[J]. 原子核物理评论, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
Dongying HUO, Changqi LIU, Chao HAN, Kang WU, Zhijie HU, Zhiming HU, Xiaoxue YU, Zeen YAO, Zheng WEI. Study of the 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn Cross Sections and Universal Parameter Optimization[J]. Nuclear Physics Review, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
Citation: Dongying HUO, Changqi LIU, Chao HAN, Kang WU, Zhijie HU, Zhiming HU, Xiaoxue YU, Zeen YAO, Zheng WEI. Study of the 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn Cross Sections and Universal Parameter Optimization[J]. Nuclear Physics Review, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075

56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究

doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(12075105, 11875155, 11705071);国家自然科学基金委员会-中国核工业集团有限公司核技术创新联合基金资助项目(U1867213);国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金资助项目(U1830102);兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(lzujbky-2021-kb09)
详细信息
    作者简介:

    霍东英(1998–),女,山西朔州人,博士研究生,从事中子物理与中子应用技术;E-mail:huody20@lzu.edu.cn

    通讯作者: 韦峥,E-mail:weizheng@lzu.edu.cn
  • 中图分类号: O571.55

Study of the 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn Cross Sections and Universal Parameter Optimization

Funds: National Natural Science Foundations of China(12075105, 11875155, 11705071); NSFC-Nuclear Technology Innovation Joint Fund(U1867213); NSAF(U1830102); Fundamental Research Funds for the Central Universities(lzujbky-2021-kb09)
More Information
  • 摘要: 基于中子与Fe发生反应产生“氢泡”,及“氦泡”对新型核能利用系统壁材料的影响,开展了中子诱发56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算研究工作。本工作根据现有的56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应实验数据、评价数据,对TALYS程序调用的物理模型(包括能级密度、对修正、核温度、光学势参数等)进行参数调校,得到了一组普适性强的模型参数。基于调校的参数,本工作采用核反应程序TALYS理论计算56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的截面、能量微分截面以及双微分截面,全部数据都能与实验数据、评价数据符合较好,且适用于较宽的中子能量区间0~175 MeV。本工作提出了56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的普适性模型参数,促进了核反应理论的发展,为核数据的评价奠定了基础。
  • 图  1  (在线彩图)56Fe(n, α)53Cr反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

    图  2  (在线彩图)56Fe(n, p)56Mn反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

    图  3  (在线彩图)54Fe(n, α)51Cr反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

    图  4  (在线彩图)54Fe(n, p)54Mn反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

    图  5  (在线彩图)56Fe(n, α)反应入射中子能量为14.1 MeV能量微分截面

    图  6  (在线彩图)natFe(n, p)反应入射中子能量为14.1 MeV能量微分截面

    图  7  (在线彩图)54Fe(n, α)反应入射中子能量为14.8 MeV能量微分截面

    图  8  (在线彩图)54Fe(n, p)反应能量微分截面

    图  9  (在线彩图)56Fe(n, α)反应入射中子能量为14.1 MeV双微分截面

    图  10  (在线彩图)56Fe(n, α)反应入射中子能量为175 MeV双微分截面

    图  11  (在线彩图)natFe(n, p)反应入射中子能量为14.1 MeV双微分截面

    表  1  56,54Fe(n, α)53,51Cr、56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的参数取值

    反应参数
    56,54Fe(n, α)53,51Crpreeqmode4
    aadjust26 57 1.28
    maxlevelsbina 22
    pair24 53 2.85
    gammald24 53 0.80
    Tadjust24 53 0.66
    E0adjust24 53 0.46
    avadjusta 1.18
    cstripa 1.50
    Tadjust25 56 0.58
    avadjustp 0.85
    56,54Fe(n, p)56,54Mnpreeqmode4
    maxlevelsbina 15
    pair24 51 1.50
    gammald24 51 0.55
    Tadjust24 51 0.70
    E0adjust24 51 0.44
    56,54Fe(n, p)56,54Mnavadjusta 1.00
    cstripa 1.15
    pair25 54 0.55
    E0adjust25 54 0.90
    Tadjust26 53 1.10
    avadjustp 1.12
    注:其中a表示α粒子, p表示质子,未列举参数使用TALYS程序默认参数
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-05
  • 修回日期:  2020-12-21
  • 网络出版日期:  2021-07-22
  • 刊出日期:  2021-06-20

56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究

doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(12075105, 11875155, 11705071);国家自然科学基金委员会-中国核工业集团有限公司核技术创新联合基金资助项目(U1867213);国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金资助项目(U1830102);兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(lzujbky-2021-kb09)
    作者简介:

    霍东英(1998–),女,山西朔州人,博士研究生,从事中子物理与中子应用技术;E-mail:huody20@lzu.edu.cn

    通讯作者: 韦峥,E-mail:weizheng@lzu.edu.cn
  • 中图分类号: O571.55

摘要: 基于中子与Fe发生反应产生“氢泡”,及“氦泡”对新型核能利用系统壁材料的影响,开展了中子诱发56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算研究工作。本工作根据现有的56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应实验数据、评价数据,对TALYS程序调用的物理模型(包括能级密度、对修正、核温度、光学势参数等)进行参数调校,得到了一组普适性强的模型参数。基于调校的参数,本工作采用核反应程序TALYS理论计算56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的截面、能量微分截面以及双微分截面,全部数据都能与实验数据、评价数据符合较好,且适用于较宽的中子能量区间0~175 MeV。本工作提出了56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的普适性模型参数,促进了核反应理论的发展,为核数据的评价奠定了基础。

English Abstract

霍东英, 刘昌奇, 韩超, 吴康, 胡志杰, 户志鸣, 于筱雪, 姚泽恩, 韦峥. 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究[J]. 原子核物理评论, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
引用本文: 霍东英, 刘昌奇, 韩超, 吴康, 胡志杰, 户志鸣, 于筱雪, 姚泽恩, 韦峥. 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面计算及普适性模型参数优化研究[J]. 原子核物理评论, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
Dongying HUO, Changqi LIU, Chao HAN, Kang WU, Zhijie HU, Zhiming HU, Xiaoxue YU, Zeen YAO, Zheng WEI. Study of the 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn Cross Sections and Universal Parameter Optimization[J]. Nuclear Physics Review, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
Citation: Dongying HUO, Changqi LIU, Chao HAN, Kang WU, Zhijie HU, Zhiming HU, Xiaoxue YU, Zeen YAO, Zheng WEI. Study of the 56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn Cross Sections and Universal Parameter Optimization[J]. Nuclear Physics Review, 2021, 38(2): 221-228. doi: 10.11804/NuclPhysRev.38.2020075
    • 国际上聚变堆结构材料的研究和发展是聚变能成为可实现的、可使用的新型能源的重要挑战,其中马氏体钢由于其低的热膨胀系数、优良的抗肿胀和抗辐照性能成为聚变堆结构材料的首选材料,国内核工业西南物理研究所已经开发出低活性铁素体/马氏体钢[1]。作为聚变堆的结构材料,对其辐照损伤性能的研究是最为关键的。结构材料受到高能聚变中子辐射产生“氢泡”、“氦泡”,使材料的机械性能受到影响,尤其是会造成低温断裂以及高温形变的问题[2-3]。因此,准确测量(n, α)和(n, p)反应截面是评价材料辐照损伤性能的关键。

      目前,在20 MeV以下的能区,国际上已经开展了较多的实验测量和数据评价工作并建立了中子评价数据库,如俄罗斯的BROND-3.1、中国的CEDNL-3.1、美国的ENDF/B、欧洲的JEFF-3.3和日本的JENDL-4.0u等。关于56,54Fe(n, α)53,51Cr和56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的微分截面以及双微分截面的数据库还不完备,对实验和理论的发展都造成了困难。在20 MeV以上能区,实验数据相对缺乏,需要结合理论模型开展相关研究。TALYS程序[4]因其开放性、可靠性和灵活性受到了越来越多的科研工作者的青睐。

      本文利用TALYS程序,基于调校参数,分别计算175 MeV及以下56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的截面、能量微分截面以及双微分截面,并将结果与实验数据进行对比。

    • 中子是能参与强相互作用的中性粒子,不存在库仑力作用,很容易与原子核发生反应。中子进入靶核后形成复合系统,复合核的本身不是一个本征态,没有确定的角动量宇称,是一个由各种角动量按照一定规律分布的复合系统,它们的各种角动量宇称可以由光学模型给出。因此,光学模型参数的选取,是理论模型计算的重要基础。光学模型的核心假设是用复数势来描述粒子与靶核相互作用在平均势场中的散射和吸收,复数势称为光学势。TALYS采用Koning和Delaroche给出的一套适用于实验室系能量0.001<E<200 MeV,24<A<209的普适中子和质子的唯象光学势[4]。光学势定义为

      $$ \begin{split} U(r,&E) = - {V_{\rm{v}}}(r,E) - {\rm{i}}{W_{\rm{v}}}(r,E) - {\rm{i}}{W_{\rm{d}}}(r,E) +\\& {V_{{\rm{so}}}}(r,E) \cdot l \cdot {\rm{\sigma + i}}{W_{{\rm{so}}}}(r,E) \cdot l \cdot {\rm{\sigma }} + {V_{\rm{c}}}(r){\text{,}}\end{split}$$ (1)

      其中${V_{{\rm{v,\,so}}}}$${W_{{\rm{v,\,d,\,so}}}}$分别表示体积中心(V)、表面中心(D)、自旋轨道(so)势的实部和虚部;${V_{\rm{c}}}$表示库仑势;E表示入射粒子的实验室系能量。

      中子进入靶核形成复合核后,在核内的核子无规则碰撞最终趋向统计平衡,玻尔由此提出了复合核模型。又在此基础上建立了蒸发模型,对于描述低能核反应取得了一定成功。在蒸发模型的基础上,考虑角动量和宇称守恒后,建立了Hauser-Feshbach统计理论。但是,随着入射中子能量的增高,在复合核内粒子的非平衡发射份额逐渐增加,这种发射称为预平衡发射。描述这类核反应机制,最成功的是激子模型,在激子模型中,对核内核子之间的碰撞过程是用粒子-空穴对的产生和湮灭来描述核反应的动力学过程,这种被激发的粒子与空穴称为激子。该模型能够描述介于直接反应和复合核反应之间的非平衡核反应的特征。而对于α粒子等复杂粒子的预平衡反应,剥离、拾取、削裂、敲出等机制起着重要作用,而激子模型并不包括这些直接反应。因此一些研究人员加入了这些机制的贡献,预平衡截面(PE)由激子模型(EM)、核子转移(NT)和敲出(KO)的贡献给出:

      $$\frac{{{\rm{d\sigma }}_{\rm k}^{{\rm{PE}}}}}{{{\rm{d}}{E_{\rm k}}}} = \frac{{{\rm{d\sigma }}_{\rm k}^{{\rm{EM}}}}}{{{\rm{d}}{E_{\rm k}}}} + \frac{{{\rm{d\sigma }}_{\rm k}^{{\rm{NT}}}}}{{{\rm{d}}{E_{\rm k}}}} + \frac{{{\rm{d\sigma }}_{\rm k}^{{\rm{KO}}}}}{{{\rm{d}}{E_{\rm k}}}}{\text{。}}$$ (2)

      在核反应理论计算中,各类传输系数、能谱、截面、双微分截面的计算等均与能级密度有关,计算出射粒子的截面和能谱时需要知道复合核和剩余核的能级密度。所以不仅可以通过核反应来研究研究原子核的能级密度,也说明能级密度的理论计算也是核反应理论的一个重要组成部分。描述核能级结构的模型主要有费米气体模型。

      费米气体模型[5]基于假设:构成原子核激发能级的单粒子态是等间距的,而集体能级是不存在的。对于双费米子系统,即区分激发中子和质子,费米气体总态密度数为

      $$W_{\rm{F}}^{{\rm{tot}}}({E_{\rm{x}}}) = \frac{{\sqrt \pi }}{{12}}\frac{{\exp \left[ {2\sqrt {aU} } \right]}}{{{a^{{1/4}}}{U^{{5/4}}}}}{\text{,}}$$ (3)
      $$U = {E_{\rm{x}}} - \Delta {\text{,}}$$ (4)
      $$\Delta {\rm{ = }}P(Z) + P(N){\text{。}}$$ (5)

      U为有效激发能,考虑了对修正影响,$P(Z)$$P(N)$分别表示质子和中子的对修正能量;Ex表示核的激发能;$a$为能级密度参数。

      TALYS程序包内有多种核反应理论模型,光学模型(Optical Model)、直接反应模型(Direct reaction)、预平衡反应模型(Preequilibrium reaction)以及复合核模型(Compound reaction)。可以计算全截面、各个反应道截面、出射粒子的双微分截面、剩余核产生截面等物理量,并根据需要对理论模型的参数进行调整。

    • 根据TALYS-1.9程序所调用的物理模型,调整模型参数计算56,54Fe(n, α)53,51Cr和56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的反应截面、双微分截面、能量微分截面,并将相应的计算结果与实验数据以及评价数据库数据对比,从而验证理论计算结果的准确性和科学性。根据TALYS程序所调用的物理模型的定义,表1给出了计算56,54Fe(n, α)53,51Cr反应以及56,54Fe(n, p)56,54Mn反应截面的参数选择,包括光学模型参数av、能级密度参数a (包括对修正pair,核温度T,剩余核能级数目maxlevelsbin,壳修正的阻尼参数gammald)以及预平衡模型参数preeqmode,cstrip。

      表 1  56,54Fe(n, α)53,51Cr、56,54Fe(n, p)56,54Mn反应的参数取值

      反应参数
      56,54Fe(n, α)53,51Crpreeqmode4
      aadjust26 57 1.28
      maxlevelsbina 22
      pair24 53 2.85
      gammald24 53 0.80
      Tadjust24 53 0.66
      E0adjust24 53 0.46
      avadjusta 1.18
      cstripa 1.50
      Tadjust25 56 0.58
      avadjustp 0.85
      56,54Fe(n, p)56,54Mnpreeqmode4
      maxlevelsbina 15
      pair24 51 1.50
      gammald24 51 0.55
      Tadjust24 51 0.70
      E0adjust24 51 0.44
      56,54Fe(n, p)56,54Mnavadjusta 1.00
      cstripa 1.15
      pair25 54 0.55
      E0adjust25 54 0.90
      Tadjust26 53 1.10
      avadjustp 1.12
      注:其中a表示α粒子, p表示质子,未列举参数使用TALYS程序默认参数
    • 56Fe(n, α)53Cr反应的反应截面计算结果如图1所示,TALYS-1.9程序的计算结果与ENDF/B-VII.1、JEFF、JENDL、CENDL评价数据[6]以及实验数据[7-11]相比较。从图中可以看出,调节参数后的计算结果更为准确,与CENDL-3.1的评价结果较为一致。TALYS-1.9计算结果在8~11 MeV能区有一个“肩状”分布,可能的原因是53Cr的中子数29和质子数24都接近幻数28,53Cr的能级结构引起了这种“肩状”分布[10]。CENDL-3.1的评价数据和Bai等[10]测量的实验数据也在8~11 MeV能区出现了轻微的“肩状”分布。

      图  1  (在线彩图)56Fe(n, α)53Cr反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

      图2给出了56Fe(n, p)56Mn反应截面计算数据与实验数据[7, 12]、评价数据[6]的对比结果。从图中可以看出,TALYS程序调节参数后的计算结果与实验数据符合较好,计算准确性明显优于调参之前的计算结果。未调节参数的计算结果在8~15 MeV能区结果偏大,在15~20 MeV能区结果偏小。在参数调节过程中发现,参数Tadjust对结果的影响比较大,该参数表示核温,核温主要影响剩余核的能级密度,而能级密度与能量有关,激发能较高时,能级密集。因此,能级密度的计算是核反应中重要的部分,而且可以通过核反应来研究原子核的能级密度[5]

      图  2  (在线彩图)56Fe(n, p)56Mn反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

      图3给出了54Fe(n, α)51Cr反应截面计算数据与实验数据[7, 10-12]、评价数据[6]的对比结果。从图中可以看出,TALYS程序调节参数的计算结果能够较好地与实验数据、评价数据符合。TALYS-1.9计算结果在8~11 MeV能区有一个“肩状”分布, 51Cr中的中子数27和质子数24都接近幻数28,可能原因是51Cr的能级结构引起了这种“肩状”分布[10]。此外,在56Fe、54Fe附近的几个其他原子核的测量(n, α)反应截面中也观察到“肩状”分布,如60,61Ni、53Cr。表明56,54Fe左右的原子核的能级结构可能受到壳效应的显著影响,铁同位素和铁附近的元素(如Cr、Mn、Co、Ni)的测定对研究肩状结构有重要意义。

      图  3  (在线彩图)54Fe(n, α)51Cr反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

      54Fe(n, p)54Mn反应的截面计算数据如图4所示,TALYS-1.9计算结果与ENDF/B-VII.1、JEFF、JENDL、CENDL评价数据[6]以及实验数据[7, 11-12]相比较。从图中可以看出,调节参数后的计算结果能够较好地与实验数据、评价数据符合。

      图  4  (在线彩图)54Fe(n, p)54Mn反应计算结果与实验数据以及评价数据的比较

    • 根据调研,Kokooo[13]、Matsuyama等[14]测量了14.1 MeV中子与天然铁发生(n, α)反应的数据, Sterbenz等[15]测量了14 MeV中子与56Fe发生(n, α)反应的数据, Fischer等[16]测量了14.1 MeV中子与56Fe发生(n, α)反应的数据, Grimes等[17]测量了14.8 MeV中子与56Fe发生(n, α)反应的数据。TALYS程序计算14.1 MeV中子与56Fe发生(n, α)反应的能量微分截面数据如图5所示,从图中可以看出,调节参数的计算结果与实验数据较好的符合。

      图  5  (在线彩图)56Fe(n, α)反应入射中子能量为14.1 MeV能量微分截面

      图6给出了natFe(n, p)反应的能量微分截面数据,入射中子能量为14.1 MeV。通过TALYS计算56Fe(n, p)、54Fe(n, p)反应的能量微分截面,然后根据丰度加权得到。从图中可以看出,调节参数后的TALYS计算结果能够较好地与实验数据[13, 17-19]符合。

      图  6  (在线彩图)natFe(n, p)反应入射中子能量为14.1 MeV能量微分截面

      图7给出了入射中子能量为14.8 MeV[17]54Fe(n, α)反应的能量微分截面,用TALYS程序计算的结果与实验数据的比较。从图中可以看出,调节参数的计算结果与实验数据符合更好。

      图  7  (在线彩图)54Fe(n, α)反应入射中子能量为14.8 MeV能量微分截面

      图8给出了入射中子能量为14.8,11,9.5,8 MeV时54Fe(n, p)反应的能量微分截面,用TALYS程序计算的结果与实验数据的比较。Saraf等[9]测量了8,9.5,11 MeV的中子与54Fe反应的数据,Grimes等[17]测量了14.8 MeV的中子与54Fe反应的数据。从图中可以看出,调节参数和不调节参数相比较,结果相差不大,但前者比后者在峰位处偏小。

      图  8  (在线彩图)54Fe(n, p)反应能量微分截面

      总体来说,相比于TALYS程序调参前的计算结果,调参后计算的能量微分截面数据能够更好地与实验数据、评价数据符合,说明该套模型参数适用于56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应微分截面的计算。其中,参数“Tadjust”与剩余核的能级密度有关,能级密度决定剩余核的能量,所以对截面的影响很大。

    • TALYS给出的双微分截面由四部分组成,分别为:直接反应、复合反应、预平衡反应和多步发射。其中低能粒子发射主要由复合核反应机制来决定,中能粒子发射主要由预平衡反应机制来决定,高能部分主要由直接反应机制来决定,多步发射的贡献很小。

      14.1 MeV的中子轰击56Fe发生56Fe(n, α)反应的双微分截面数据如图9所示,α粒子出射角为30°,65°,90°,135°。实验数据是Kokooo等[13]测量natFe的截面,由于天然铁中56Fe的丰度高达91.754%,natFe(n, α)反应截面与56Fe(n, α)接近。从图中可以看出,调节参数后TALYS程序的计算结果与实验数据更加符合。α粒子能量在11~12 MeV区间有一个明显的凸起峰,出射角θ为65°,90°的实验数据能反映出此能区峰的特征,但是不明显,而评价数据结果没有显示此特征。出射角θ为30°时,TALYS计算的结果峰值偏低,但整体趋势还是一致的。出射角θ为65°,90°时,评价数据峰位偏左,TALYS计算的结果与实验数据符合得更好。

      图  9  (在线彩图)56Fe(n, α)反应入射中子能量为14.1 MeV双微分截面

      图10给出入射中子能量为175 MeV[20]56Fe(n, α)反应,出射角度分别为40°,60°,80°,140°时,TALYS程序计算α粒子出射的双微分截面数据与实验数据的比较。可以看到,出射角为40°,60°时,调节参数的计算结果更加符合实验数据,出射角为80°,140°调节参数的计算结果在0~20 MeV能量区间偏大。

      14.1 MeV的中子发生natFe(n, p)反应的双微分截面数据如图11所示,粒子出射角为45°,65°,90°,110°。TALYS程序计算出射质子的双微分截面数据与实验数据[13, 19]、评价数据对比分析,调节参数以后的计算结果整体偏低。整体上来看,曲线形状和评价数据曲线相似,在10~12 MeV区间有一个明显的凸起峰。

      图  10  (在线彩图)56Fe(n, α)反应入射中子能量为175 MeV双微分截面

      图  11  (在线彩图)natFe(n, p)反应入射中子能量为14.1 MeV双微分截面

    • 根据现有的56,54Fe(n, α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn反应实验数据、评价数据,对TALYS程序调用的物理模型进行参数调校,得到了一组普适性的模型参数,可以计算56,54Fe(n,α)53,51Cr, 56,54Fe(n, p)56,54Mn的反应截面、微分截面、双微分截面,且适用于较宽的中子能量区间。调参后的TALYS程序能够较好地计算反应截面、微分截面、双微分截面数据,且全部数据都能与实验数据较好地符合。可以看出,对于相同的靶核而言,不同反应道在计算过程中需要调节的参数的大致是相同的,而且取值也是相同或者接近的。说明(n, α)、(n, p)核反应的机制是类似的,而且能级密度对计算结果影响很大,可以用这套参数计算Co、Ni等中等核的截面,从而对费米气体模型进行一些改进。快中子核反应数据,尤其是在大于20 MeV的高能区,不论是对反应堆的设计还是对核反应机制的研究都具有重要的意义,而且对聚变堆结构材料辐照损伤性能的研究具有重要价值。

参考文献 (20)

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