高能中子在石墨、铁和铅等屏蔽材料中的输运实验研究

With the development of accelerator technology, high-energy and intense beam accelerators have wide promising applications in nuclear energy, space radiation, material science, neutron radiography, radiotherapy, isotope production, and fundamental research in nuclear physics. A number of neutron transport simulations for accelerators design and radiation shielding need the support of accurate evaluation neutron data libraries and reliable neutron induced nuclear reaction models. At present, the experimental data for high energy neutron are very scarce. Many data depend only on theoretical calculations. The evaluation neutron data libraries and the reliable of theoretical models need to be validated and improved. In this proposal, the experimental study of high energy neutron transport through shielding materials of graphite, iron and lead will be carried out based on the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR). High energy neutron beam can be produced by 600 MeV deuteron beam at HIRFL-CSR. The leakage neutron spectra from materials will be measured by liquid scintillator detectors. Combining with the theoretical calculations using GEANT4, PHITS and FLUKA Monte Carlo particle transport codes, the characteristics of high energy deuteron-beryllium neutron spectrum, the high energy neutron transport behavior in shielding materials, and the mechanism of high energy neutron interaction with matters will be studied.

随着加速器技术的发展，高能强流加速器在核能、空间辐射、材料科学、中子照相、放射治疗、同位素生产及核物理基础研究等领域具有重要的应用前景。加速器的设计及辐射屏蔽等需要开展大量的中子输运模拟计算，需要精确的评价中子数据库及可靠的中子诱发核反应理论模型的支持。目前许多高能中子实验数据缺乏，许多数据仅仅依赖于理论模型计算，评价中子数据库及理论模型的可靠性还需要进行检验和完善。本项目拟基于兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR），开展高能中子在石墨、铁和铅等屏蔽材料中的输运实验研究。HIRFL-CSR提供600MeV氘束轰击厚铍靶产生高能中子，采用飞行时间法，利用液体闪烁体探测器测量高能中子穿透材料的泄露中子能谱，并结合GEANT4、PHITS和FLUKA等蒙特卡罗粒子输运程序计算，对高能氘铍中子能谱特性、高能中子在屏蔽材料中的输运行为及高能中子与物质相互作用机制等进行研究。

随着加速器技术的发展，高能强流加速器在核能、空间辐射、材料科学、中子照相、放射治疗、同位素生产及核物理基础研究等领域具有重要的应用前景。中国科学院近代物理研究所正在承担“十二五”国家重大科技基础设施“强流重离子加速器装置”和“加速器驱动嬗变研究装置”的建设。加速器的设计及辐射屏蔽等需要开展大量的中子输运模拟计算，需要精确的评价中子数据库及可靠的中子诱发核反应理论模型的支持。目前许多高能中子实验数据缺乏，许多数据仅仅依赖于理论模型计算，评价中子数据库及理论模型的可靠性还需要进行检验和完善。在本项目执行期间，我们开展了基于加速器的高能中子能谱特性、高能中子在石墨、铁和铅等屏蔽材料中的输运行为等实验研究。基于兰州重离子加速器，发展了一套飞行时间法高能中子能谱实验测量装置及相配套的核电子学与数据获取系统。成功开展了“296 MeV d + Be”、“28.7 MeV/u 4He+Be，C，Pb,W”和“80.5 MeV/u 12C + W”等厚靶次级中子双微分产额实验测量，并且开展了80.5 MeV/u 碳束轰击钨靶产生的高能白光中子与石墨、铁和铅等靶相互作用泄露中子能谱实验测量。基于原子能院中子积分实验装置，开展了氘氚中子与铅靶相互作用泄露中子能谱实验测量。利用GEANT4、FLUKA、PHITS和TALYS等程序计算并且与实验数据进行比较，对相关的中子评价数据库、中子诱发核反应理论模型等进行检验。