乏燃料與再生燃料中子無損檢測關鍵核數據研究方面取得重要進展

　　【儀表網 研發快訊】近代物理研究所先進核能中心高功率靶室研究團隊，依托中國散裂中子源與上海同步輻射光源兩大科學裝置，分別在銠-103中子俘獲反應截面與光核反應截面的高精度測量研究中取得重要進展。實驗獲得了高能量分辨、寬能區的截面數據，澄清了以往實驗數據與國際主流評價庫推薦值之間存在分歧的原因。相關研究成果于12月11日發表在《物理快報B》(Physics Letters B)上，為乏燃料與再生燃料中子無損檢測中關鍵核素銠-103與钚-240等的精確定量分析，以及堆芯在線監測用銠自給能中子探測器的性能優化提供了關鍵核數據支撐。
 

　　近年來，美國愛達荷國家實驗室與洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究表明，在乏燃料中子無損檢測中，裂變產物銠-103在1.25 eV處的共振峰與钚-240在1.07 eV處的緊鄰共振峰相互干擾，直接影響兩者的核素定量精度。因此，亟需高精度的銠-103(n,γ)反應截面數據進行乏燃料燃耗計算，以確定銠-103濃度隨燃耗深度的變化規律，進而實現不同堆型、不同批次乏燃料中钚-240成分的精確測定。
 

　　在我國自主研發的第三代大型先進壓水反應堆“華龍一號”中，堆芯內布置了大量銠自給能中子探測器，用以三維實時在線中子監測。該探測器在受到中子輻照的同時, 也受到堆內高強度γ射線影響產生噪聲電流。高精度的銠-103(n,γ)與銠-103(γ,n)反應截面數據，對剔除探測器的噪聲、提升探測精度至關重要。
 

　　在中子俘獲反應研究方面，研究團隊基于中國散裂中子源反角白光中子束線(CSNS Back-n)，利用高純度銠-103靶材開展了1eV-1MeV能區中子俘獲反應截面的直接測量。實驗結果表明，國際主要評價數據庫ENDF/B-VIII.1，JEFF-3.3和JENDL-5中11.9 eV和33.0 eV處標注的共振能級并不存在。分析認為，上述數據庫中的共振峰可能源于早期實驗樣品中鉑族元素鈀(108Pd)與鉑(195Pt)雜質的貢獻。此外，基于CSNS Back-n束流的高注量率和優異的飛行時間分辨能力，本次實驗首次發現了銠-103的8個新共振峰，并利用R-矩陣程序SAMMY提取了相應的共振參數。
 

　　在光核反應測量方面，團隊基于上海同步輻射光源激光伽馬束線(SSRF SLEGS)，采用氦-3正比計數管構成的平坦效率中子探測器陣列(FED)，在入射伽馬能量9.57 MeV-16.81 MeV范圍內，完成了銠-103光核反應截面的測量，成功獲取了2n閾值以內的高精度光中子反應截面數據。
 

　　目前，近代物理研究所正在建設國際首臺兆瓦級加速器驅動次臨界系統原理驗證裝置(CiADS)，致力于發展核廢料安全處理與處置的創新技術路線。本實驗獲取的高精度銠-103(n,γ)與銠-103(γ,n)關鍵核數據，將在乏燃料與再生燃料的中子無損檢測領域發揮重要應用價值。
 

　　該研究由中國科學院近代物理研究所主導，中國科學院高能物理研究所、中國科學院上海高等研究院、中山大學和復旦大學等單位共同完成。論文第一作者為近代物理所與中山大學聯合培養的碩士研究生梁灝，通訊作者為近代物理所安振東青年研究員、中山大學郭琛琛副教授以及復旦大學馬余剛院士。研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金等項目的資助。
 

　　圖1： CSNS Back-n束線中子俘獲反應實驗布局、103Rh(n,γ)反應實驗截面值與不同評價庫的比較
 

　　圖2 ：SSRF SLEGS線站光核反應實驗布局、103Rh(γ,n)反應實驗截面值與評價庫的比較