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摘要

C ₆D ₆闪烁体探测系统结合脉冲权重技术被广泛应用于中子俘获反应截面测量研究. 实验中采用的样品厚度直接影响中子束流时间, 同时也影响实验数据的可靠性. 本文基于中国散裂中子源反角白光束线(CSNS Back-n) C ₆D ₆探测系统, 对比研究了不同厚度的镥(Lu)样品中子俘获反应截面的实验测量. 利用GEANT4蒙特卡罗程序模拟了考虑样品厚度的探测系统光响应, 计算出精确的脉冲权重函数. 实验中, 通过采用较长中子飞行距离和本底测量, 得到了高精度的共振区产额分布. 通过 R矩阵理论分析产额分布, 得到了相应的实验共振参数. 结果发现, 较厚Lu样品因其厚度效应导致共振曲线发生变化, 实验共振参数与ENDF/B-VIII.0评价数据库差距较大; 然而, 较薄Lu样品实验结果能够很好地再现ENDF/B-VIII.0评价数据.

关键词:

Abstract

The C ₆D ₆detection system coupling with the pulse height weighting technique is widely used for experimentally measuring the neutron capture cross section. The thickness of sample used in the experiment directly affects the neutron beam time and the reliability of the experimental data. In the present work, we compare the lutetium (Lu) neutron capture reaction cross sections among the samles with different thickness, obtained by the C ₆D ₆detection system of the back-streaming white neutron beam line at China spallation Neutron Source (CSNS back-n). The light response of the detection system is simulated with the consideration of the sample thickness by GEANT4 Monte Carlo simulation code. The 4 ^thorder polynomial pulse weight functions for different samples are determined by using the above light response function. In the experiment, the high precision capture yield distributions in the resonance energy region are obtained by measuring the longer flight distance and background. The experimental resonance parameters are deduced by analyzing the capture yield distribution with the R-matrix theory. The comparisons of the results of capture yield and the resonance parameters between the two groups show that the resonance curve of 1.06mm ^natLu sample changes due to its thickness effect, and there is a large difference between the experimental resonance parameters and ENDF/B-VIII.0 database. However, the experimental results of 0.207mm ^natLu sample can well accord with the ENDF/B-VIII. 0 data.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:张苏雅拉吐,zsylt@imun.edu.cn

基金项目:内蒙古自然科学基金(批准号: 2019JQ01, 2018MS01009)和国家自然科学基金(批准号: U2032146, 11865010, 11765014, 11605097)资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Zhang Su-Ya-La-Tu,zsylt@imun.edu.cn

Funds:Project supported by the Natural Science Foundation of Inner Mongolia, China (Grant Nos. 2019JQ01, 2018MS01009) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. U2032146, 11865010, 11765014, 11605097)

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靶	厚度/mm	直径/mm	质量/mg	面密度/(atom·b^–1)
^natLu	1.06	30	7373.11	3.58820 × 10^–3
^natLu	0.207	30	1439.84	7.00715 × 10^–4
¹⁹⁷Au	0.1	30	1357.17	5.86721 × 10^–4
^natPb	0.53	30	4249.75	1.74678 × 10^–3
⁵⁹Co	0.4	80	17894.51	3.63240 × 10^–3
^natAg	0.4	80	21091.40	2.34173 × 10^–3

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E_R/eV	Element	I	J	g	ENDF/B-III.0 $ {R}_{\rm{k}} $	^natLu-0.207 mm $ {R}_{\rm{k}} $	^natLu-1.06 mm $ {R}_{\rm{k}} $	Noguere-2019^[23]$ {R}_{\rm{k}} $
1.56	¹⁷⁶Lu	7.0	7.5	0.53	0.252	0.257 ± 0.005	0.242 ± 0.002	—
2.59	¹⁷⁵Lu	3.5	4.0	0.56	0.100	0.111 ± 0.004	0.073 ± 0.006	0.117 ± 0.005
4.28	¹⁸¹Ta	3.5	4.0	0.56	2.034	2.821 ± 0.004	0.647 ± 0.003	—
4.75	¹⁷⁵Lu	3.5	4.0	0.56	0.145	0.167 ± 0.005	0.104 ± 0.002	0.167 ± 0.006
5.22	¹⁷⁵Lu	3.5	3.0	0.44	0.690	0.730 ± 0.004	0.735 ± 0.007	0.732 ± 0.017
6.13	¹⁷⁶Lu	7.0	7.5	0.53	0.709	0.792 ± 0.012	0.807 ± 0.016	—

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