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热中子引发235U和239Pu裂变后可观测量的关联效应研究

热中子引发235U和239Pu裂变后可观测量的关联效应研究

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作者：张凯广西师范大学

学位级别：硕士

核能已成为当今社会洁净能源的重要组成部分,目前所有可控核能的来源基本上均来自核裂变能。U和Pu是我国国防与民用反应堆研究中最为关注的核燃料,在热中子引发其裂变的过程中具有较高的反应截面(约600 barn),从而新型核能利用系统与核... 详细信息

核能已成为当今社会洁净能源的重要组成部分,目前所有可控核能的来源基本上均来自核裂变能。U和Pu是我国国防与民用反应堆研究中最为关注的核燃料,在热中子引发其裂变的过程中具有较高的反应截面(约600 barn),从而新型核能利用系统与核装置研发对热中子引发U和Pu的裂变后可观测量提出了更高精度的需求。裂变能中的能量由激发能、轻重碎片的动能、中子动能、γ光子和β射线所携带的能量组成,然而裂变碎片动能占总裂变能的85%以上,其中产生碎片量的多少则又是通过产额分布进行衡量。故对热中子引发U和Pu裂变后可观测量(尤其是裂变碎片动能分布和产额分布)之间的关联效应研究是裂变领域研究中的核心内容之一。本工作以热中子引发U和Pu裂变后形成的互补初始碎片对及演化过程为研究对象,构建双核统计模型,裂变核在形变能作用下沿轴线被拉伸至断点,假定初始碎片为椭球形且具有大形变和高激发能,其碎片动能来自于碎片对的库仑相互作用,经过严格的理论推导得到碎片动能分布的解析表达式。通过裂变后碎片动能分布及产额分布特性的统计规律,给出碎片形状的四级形变参量β的经验表示形式。根据实验测量数据的统计规律,得到平均瞬发中子动能、平均瞬发γ光子能量及平均瞬发中子数随裂变碎片质量数的变化规律。在此基础上,根据能量守恒,通过不同初始碎片对的反应Q值,给出互补碎片与形变相关联的激发能分配形式,从而为定量研究碎片动能及质量产额的关联效应提供了一种可能。基于得到碎片动能精确的定量描述,利用模拟退火算法,得到与同位旋不对称度相关的只含二个普适性参数的碎片激发能分配的表示形式,可很好地同时描述碎片动能分布和产额分布。为进一步理解核裂变反应机制,以及在不同入射能量下定量的描述裂变后可观测量(如裂变碎片产额分布、平均总动能分布、平均瞬发中子数和平均瞬发中子动能、平均γ光子等)奠定了基础。

关键词： 235U(nth,f) 239Pu(nth,f) 热中子引发裂变碎片动能分布碎片产额分布瞬发中子瞬发光子关联效应双核统计模型

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基于双核与统计模型对热中子引发235U和239Pu裂变后碎片动能分布的研究

基于双核与统计模型对热中子引发235U和239Pu裂变后碎片动能分布...

引用

作者：彭海圆广西师范大学

学位级别：硕士

核裂变发展至今,已在核能、国防、核技术及其前沿科学研究等领域起着至关重要的作用,并影响着人类的生产和生活。众所周知,裂变能主要来源于中子诱发重核裂变反应的碎片动能(占整个裂变能85%以上)。U和Pu作为易裂变锕系核,被广泛使用在... 详细信息

核裂变发展至今,已在核能、国防、核技术及其前沿科学研究等领域起着至关重要的作用,并影响着人类的生产和生活。众所周知,裂变能主要来源于中子诱发重核裂变反应的碎片动能(占整个裂变能85%以上)。U和Pu作为易裂变锕系核,被广泛使用在核燃料中,特别是热中子引发U和Pu裂变,因其裂变截面很大(超出MeV量级入射中子引发裂变截面几个数量级),是实验和理论研究的重点核素。故深入对热中子引发U和Pu裂变后碎片动能分布的研究是非常有必要的,既具有实际应用之价值,又有助于深入理解裂变机制这个学术难题。本文以成对裂变初始碎片的产生及演化过程为研究对象,提出了双核与统计模型:(1)假定裂变核沿对称轴被拉伸直至断裂为两初始裂变碎片;(2)断裂后碎片的动能主要是由库仑排斥提供,在严格执行六维积分运算并忽略高阶项后给出了大形变碎片对的库仑排斥相互作用的解析表示形式;(3)通过挖掘裂变后可观测量(诸如碎片质量分布、碎片平均总动能分布、碎片电荷分布、瞬发中子数、瞬发中子动能、平均γ能量等)的一些共有特性,给出了大形变碎片的形变表示形式及一套普适性形变参数;(4)通过给定的形变参数,推导出初始碎片对质心间的距离,给出了平均总动能分布(?)、平均动能分布(?)的表示形式。以热中子引发U和Pu两个裂变体系为例,自洽地得到了两裂变体系的碎片平均总动能分布和平均动能分布,理论计算的结果很好地与实验数据相吻合,且只包含有三个具有一定普适性的形变参数,可为相关裂变核数据的建立提供了一可靠的评价手段。另外,对裂变后的碎片的平均瞬发中子数、平均瞬发中子动能及平均γ能量等进行了初步的探讨,为进一步研究裂变机制奠定了基础。

关键词：热中子引发裂变 235U、239Pu 双核与统计模型形变参量平均总动能分布平均动能分布

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