极低能区9Be(d,α)7Li反应的研究及激光中子源优化设计

作     者：黄政林 

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：2022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：天体物理学 垒下融合反应 激光中子源 

摘      要：本论文工作主要分为两部分,首先第一部分是关于天体物理学能区Be(d,α)Li反应的S(E)因子的直接测量。铍是原初核合成中重要元素之一,其消耗及产生机制的研究对天体物理学有重要意义,另外其在低能区与聚变燃料的核反应截面对聚变堆的升级和发展有较高的参考价值。本论文利用日本东北大学电子光理学研究中心的低能强流加速平台测量了d-Be反应在66-94 ke V能区的出射离子能谱并且统计了Be(d,α)Li与Be(d,α)Li反应道对应的厚靶产额,实验中氘离子束流的能量步长为2 ke V。在数据分析部分利用薄靶产额公式计算得到了区间内上述两反应在各能量点的S(E)因子,并且通过厚靶产额公式得到了在该能区的S(E)因子表达式,最后利用AZURE2软件结合高能区数据对本次实验数据进行R-矩阵拟合分别得到了两个反应道的S(0)。第二部分内容则是利用模拟手段针对激光中子源的优化设计,激光驱动的快中子源具有脉冲短,尺寸小,通量高等特点,在物理学领域有广泛的应用前景。本文通过Geant4模拟已知能谱的p/d轰击反应体靶(CD、Li D、Li T和Li F),其中p/d能谱来源于中物院八所相关人员在神光Ⅱ升级装置上开展的实验。本论文通过模拟分别得到了每种束靶组合的中子能谱、角分布以及前向中子的产额。通过比较,对于两种离子的总中子产额而言Li T靶得到的中子产额都是最高的。为了确定Li D靶中相对于Li F靶额外的中子来源,我们利用CD靶代替Li D,并从多个角度分析了额外中子来源。最后经过对不同厚度的p-Li D方案进行模拟,本工作得到了最优的Li D靶厚度约为7.57 mm。综上所述,本工作:1.首次报道了66-94 ke V能区内Be(d,α)Li与Be(d,α)Li反应道的S因子表达式;2.通过R-矩阵拟合并外推计算得到了Be(d,α)Li与Be(d,α)Li反应道的S(0)分别为2.799 Me V·b与17.35 Me V·b;3.通过模拟不同束靶组合的核反应过程最终得到厚度为7.57 mm的LiD靶可能是LiD方案的最优靶参数。