相对n-p散射的Th-232裂变截面测量技术研究

Th-232 is very important to both Th/U fuel cycle and Accelerator Driven Sub-critical System, therefore its neutron-induced fission cross section attracted a lot of attentions in last decades. However, discrepancies still exist between different measurements. In some specific regions, the discrepancies are even larger than 10%. As a consequence, it's quite necessary and urgent to measure the neutron-induced fission cross section of Th-232, especially in the energy regions where the discrepancies are large between different measurements. The 235U(n,f) cross section is usually used at the reference for the fission cross section measurement. However the n-p scattering cross section is more accurate. Furthermore, the 235U(n,f) cross section are usually measured relative to n-p scattering. Therefore we are proposing an accurate measurement of the Th-232 fission cross section relative to n-p scattering. The experiment will be conducting at CSNS Back-n white neutron source, the fission cross section of Th-232 induced by neutrons from 2MeV (fission threshold of Th-232) to 80 MeV will be measured. The uncertainties for neutron energy range from 2 to 20 MeV will be controlled within 5%, the uncertainties from 20 to 80 MeV will be less than 8%.

Th-232对钍铀燃料循环和加速器驱动次临界系统具有重要意义，它的中子诱发裂变截面在过去的几十年中一直受到关注。但是不同的实验测量之间之间仍然存在一些偏差，某些能区的偏差在10%以上。因此，我们迫切需要测量Th-232的中子诱发裂变截面，特别是给出分歧较大能区的测量结果。通常的裂变截面测量都是以U-235的裂变截面为参考标准。但是，n-p散射的反应截面更准确，且U-235的裂变截面通常是相对n-p散射进行测量的。因此本项目考虑直接以n-p散射为标准，精确测量Th-232的中子诱发裂变截面。本实验将在CSNS反角白光中子源上开展，测量由2MeV(Th-232裂变阈值)-80MeV能区的中子诱发Th-232裂变的反应截面。测量精度在2-20MeV范围为5%以内，在20-80MeV范围为8%以内。

Th-232对钍铀燃料循环和加速器驱动次临界系统(ADS)具有重要意义，它的中子诱发裂变截面在过去的几十年中一直受到广泛关注。在快中子反应堆和ADS系统对应的能区(5 MeV附近)，国际原子能机构(IAEA)对Th-232裂变截面的精度需求为5%。在更高能区(20 MeV以上)，其裂变截面对核数据评价以及裂变物理相关的基础研究具有重要意义。但是目前的数据精度并不能满足需求，特别是20MeV以上的高能区实验数据非常少，且不同的实验测量之间的偏差在10%以上。因此，测量Th-232的中子诱发裂变截面是非常必要和迫切的，特别是需要给出分歧较大能区的新测量结果。..本工作在近年新建成的中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子实验装置(Back-n)上开展实验研究，通过相对n-p散射和相对U-235裂变等两种测量方法，对Th-232的裂变截面进行了系统性测量。具体主要开展了中子飞行时间方法研究、双束团解谱研究、探测效率的Geant4模拟计算、不确定度分析等工作，最终得到了Th-232在1-300MeV能区范围内的裂变截面数据。首先，两种不同测量方法得到的结果在误差范围内完全符合。其次，绝大多数能点的不确定度（包含统计误差和系统误差）在5%附近。..本工作测量得到的Th-232裂变截面数据最高中子能量为300 MeV，达到了目前实验核反应数据库(EXFOR)中的最高能量，并且是200-300 MeV范围内唯一的实验数据。在60MeV以上仅有三个核数据评价库提供了数据，但它们之间的差异非常大，本实验数据将会成为高能区数据的重要参考。再者，本工作在1-100 MeV能区内提供了共100个能点的详细数据。本工作成果已经投稿到核物理顶级期刊Physics Letters B，审稿人对该工作进行了高度评价：“这是一个新颖并非常有趣的工作，它将对核数据评价工作的提升和裂变的应用产生高影响力”。