基于高性能裂变室的快中子诱发裂变瞬发中子谱实验研究

The high-accuracy nuclear data of prompt fission neutron spectra (PFNS) plays an important role in the area of nuclear engineering design and nuclear technology application. At present the data of PFNS induced by fast neutron is scarce. The existing experiment data especially at high energy part have a greater uncertainty. In this proposal, a neutron time of flight technique based on high performance fission chamber and array detectors is proposed to solve the problem of neutron tagging and greater uncertainty, which are common exited in the measured experiment of PFNS. A high performance fission chamber with fast rising time signal, more fission material and less structural material will be obtained by physical design and technology explore. A PFNS experimental system will be established by Monte Carlo modeling and optimal design. The experiment of 235U induced by DT neutron and white light source neutron will provide technique basis for obtaining high accuracy PFNS in the future.

高精度瞬发裂变中子谱数据在核工程设计与核技术应用领域有着重要应用。目前的快中子诱发裂变瞬发中子谱数据非常缺乏，已有的实验数据精度不高尤其是高能段数据不确定度很大。为此，本项目提出基于高性能裂变室和阵列探测器的中子飞行时间技术，以解决瞬发裂变中子谱测量实验中普遍存在的裂变中子标识不准、高能段裂变中子不确定度大等技术难题。通过裂变室的物理设计和工艺探索，获得信号上升时间快、裂变材料多、结构材料少的高性能裂变室。通过蒙卡建模和优化设计，建立瞬发裂变中子谱测量实验系统，并在此基础上通过DT中子和白光源中子诱发235U裂变瞬发中子谱测量的实验研究，为将来获得高精度的瞬发裂变中子能谱数据提供技术基础。

瞬发裂变中子能谱是反映裂变中子的重要特征量之一，对于裂变中子源的应用、裂变机制的研究以及加深裂变基本物理过程的认识均具有重要意义。目前瞬发裂变中子谱高能段数据不确定度较大，不同核数据库之间也有较大的差异。为了获得高精度的实验数据，本项目开展了瞬发裂变中子谱测量系统研制及相关测量技术研究工作。完成了多层快时间响应235U平行板雪崩计数器（PPAC）的研制，获得了试验样机。PPAC实际载铀量达到130mg（20层），同时具备良好的定时功能，输出的裂变碎片信号上升时间达到5ns。完成了专用于瞬发中子谱测量的大型阵列液闪探测器的自主研制，液闪探测器阵列包含尺寸为Φ7"×2"的探测器共计45支，平均分布于半径为1.2m的球面上，阵列对球心立体角为4π的7.7%。探测器具备良好的中子/伽玛甄别能力，阳极输出信号的上升时间达到7ns。完成了DD中子诱发235U裂变瞬发中子谱测量实验并发展了相关实验能力。通过“采集波形+离线处理”的数据采集、处理模式，编制了数据采集软件，大大降低了对硬件电子学的依赖，提高了实验效率。提出了新的数字化中子/伽玛甄别算法，该算法简单可靠，无需过高的硬件要求且低能区分辨优势显著。通过准直屏蔽体的优化设计、探测效率刻度、能量刻度、峰位漂移修正、离线数据处理等的研究，形成了在强本底条件下获取高信噪比中子谱的实验能力。获得了235U的瞬发裂变中子能谱实验数据并完成了不确定度评估，能谱的高能段上限可延伸到12MeV，不确定度控制在20%以内。