高能质子束轰击重靶的剩余产物研究

Spallation target is the key part of spallation neutron source (SNS) and accelerator driven sub-critical systems (ADS), the knowledge of the residual nuclides production in target materials is an important part of the spallation under the irradiation. The accuracy of such parameters is of paramount importance for the design study of the SNS and ADS. The goal of this project is to analyze the residual nuclides in the targets and the structural material irradiated with high energy protons. The residual nulicdes will be calculated with the different models incorporated in the MCNPX package、FLUKA package、GEANT4 and others code. At the same time, off-line gamma spectrometry will be developed. Using high energy proton beam from HIRFL-CSR, such measurements of residual nuclides in target and structural material will be carried out. The residual nuclides were obtained by analytical spectrum data. Through the comparison the modern code calculations of the residual nuclides with the experimental data, the refined physical model of residual nuclides parameters are proposed to simplify a technical calculation of residual nuclides in real targets.

散裂靶是散裂中子源和加速器驱动次临界系统的重要系统。高能质子束流轰击重靶时，在散裂靶及结构材料中生成大量的放射性剩余核素，散裂反应剩余产物的特征及其机理对于散裂靶设计非常重要。项目首先借助各种数值模拟程序，如MCNPX、FLUKA、GEANT4 及自主开发程序，对散裂反应进行计算，分析其机理和主要特征；同时，掌握关键测量技术，开展离线γ谱学实验研究；最后，在模拟结果的指导下，设计合理的实验方案，测量质子束流轰击各种靶材料时的散裂反应剩余产物。通过对比实验数据和数值模拟结果，探索高能质子诱发的散裂反应机理和特征，提高散裂靶模拟设计程序的可靠性。

散裂靶是散裂中子源和加速器驱动次临界系统的重要系统。高能质子束流轰击重靶时，在散裂靶及结构材料中生成大量的放射性剩余核素，散裂反应剩余产物的特征及其机理对于散裂靶设计非常重要。通过兰州重离子加速器提供的高能质子束轰击重靶，采用离线γ谱学法测量高能质子在散裂靶中散裂反应剩余产物的种类和产额。掌握相关实验技术，得到关键截面数据，帮助改进并完善理论模型等，为加速器驱动次临界系统的散裂靶物理设计提供了可靠的截面数据。开展了多次加速器打靶实验，通过400 MeV/u碳束轰击铅薄样品，得到32种剩余产物及相应截面数据。实验结果与MCNPX模拟结果比较发现，电荷与截面分布在剩余产物为重核的条件时不在满足对称分布。通过250 MeV/u质子束轰击铜靶实验，6中剩余产物及截面被给出，比较发现实验结果与模拟结果吻合较好。通过250 MeV/u质子束实验测量Cu、W、Pb靶的活化样品，获得gamma能谱，鉴别散裂反应产物，提取出相应的截面信息；利用蒙特卡罗模拟代码MCNPX、GEANT4，选取CEM、Bertini、INCL等核内级联模型，结合RAL等裂变蒸发模型，计算对应散裂反应的产物分布及截面大小，并同实验结果进行比较，检验各个模型的适用程度。上述研究成果为发展模拟代码，以及散裂中子源及ADS散裂靶装置的设计和运行提供了基础的数据支持。通过对比实验数据和数值模拟结果，探索高能质子诱发的散裂反应机理和特征，提高散裂靶模拟设计程序的可靠性。