利用D-D核反应出射的质子和氚产额比研究低能氘核与重原子相互作用势

作     者：周钰珊 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王铁山

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 082701[工学-核能科学与工程] 

主      题：低能核反应 质子与氚产额比 多重散射 相互作用势 

摘      要：随着科技的进步,离子束分析技术已经广泛应用在材料科学等领域。入射粒子与靶物质原子的相互作用是离子束分析技术的基础,而粒子与物质间的相互作用势则是计算核能损以及辐照损伤的重要物理参量,因而备受关注。 基于量子力学的第一性原理可给出相互作用势的无经验参数的模拟计算结果,但其计算量巨大,当前的计算能力限制了该方法的应用。本工作分析了金属材料中低能D-D核反应出射质子与氚产额比、粒子与靶材料原子间的多次散射以及核反应产物出射角三者间的关系,提出以D-D核反应的产额比研究入射的低能氘离子与靶材料原子间相互作用势的方法,并利用粒子输运的蒙特卡洛模拟方法构建相应的模拟程序。 金属材料中低能D-D核反应实验在日本东北大学的低能强流加速器装置上开展。实验中,先将能量10～20keV(步长1keV)的氘离子注入待测的金属靶,同时监测质子产额,当质子产额不随时间变化后,测量出射的质子与氚的产额比。为保证统计性,每个能量点下质子产额计数要达到80000,个别金属靶中质子计数达到160000。 基于蒙特卡洛方法,考虑入射离子能量损失、飞行距离、散射角、碰撞参量以及核反应产额等物理过程,本工作独立开发出产额比模拟程序。其中散射角的计算采用高斯-米勒积分公式,便于模拟不同相互作用势模型下的产额比。通过程序模拟得到了简单动力学、普适势以及修改后的普适势下的产额比。通过与实验值对比后,得出如下结论： 1.产额比的简单动力学模拟结果与实验值存在较大差异;2.考虑多次散射以及质心系下D-D核反应微分截面的角分布等影响因素后,产额比的模拟值接近实验值;3.在上述基础上,增加普适势的屏蔽半径,得出的产额比模拟值更接近实验值,但仍与实验值存在一定的差距。