14 MeV能区209Bi(n,γ)210gBi反应截面测量：铅基反应堆中210Po释放评估的关键突破

为解决铅铋共晶(LBE)冷却的第四代反应堆(GEN-IV)中高毒性210Po释放评估难题，中科院合肥物质科学研究院团队采用电化学富集与α探测技术，精确测量了14 MeV能区209Bi(n,γ)210gBi反应截面。结果显示新截面值(0.376-0.500 mbarns)较历史数据降低9.3%-9.8%，为核安全设计提供关键数据支撑。

　　

在核能安全领域，²¹⁰Po因其高达1.66×10¹⁴ Bq/g的比活度被称为"最致命天然放射性物质"。当铅铋共晶(LBE)作为第四代反应堆(GEN-IV)冷却剂时，其中²⁰⁹Bi通过中子俘获反应(n,γ)生成^210gBi，继而衰变为²¹⁰Po，形成重大辐射风险。然而现有核数据库显示，14 MeV能区²⁰⁹Bi(n,γ)反应截面存在超过80%的不确定性，导致不同评估体系对²¹⁰Po产量的预测差异显著。

中国科学院合肥物质科学研究院的Feng Xu团队在《Radiation Physics and Chemistry》发表研究，利用强流氘氚中子源(HINEG)和创新的电化学富集技术，攻克了低产额²¹⁰Po检测难题。研究人员采用T(d,n)⁴He反应产生14 MeV中子，通过⁵⁸Ni(n,p)^58m+gCo/⁵⁷Ni双监测反应确定中子能量为14.19 MeV。针对^210gBi半衰期短(5.012天)、β测量干扰大的特点，开发了盐酸体系中的自发电沉积技术，实现²¹⁰Po与大量稳定铋离子的高效分离。结合低本底α探测系统，最终获得精度优于10%的截面数据。

实验结果显示：在11.0350×10⁸ n/cm²/s中子注量下，测得反应截面为(0.376±0.035)mbarn；在1.7471×10⁸ n/cm²/s条件下为(0.500±0.049)mbarn，较ENDF/B-VIII库数据降低约9.3%-9.8%。讨论指出该方法通过电位差驱动²¹⁰Po在银电极上的选择性沉积，解决了传统β测量中^210gBi信号易被掩盖的难题。结论强调新数据将显著提升铅基反应堆中²¹⁰Po释放量的计算精度，为LBE冷却系统的辐射防护设计提供关键依据。

这项研究不仅验证了电化学处理技术在低产额核素检测中的优势，更填补了快中子能区核数据空白。技术路线可推广至其他难测核反应截面的精确测定，对先进核能系统的安全评估具有范式意义。