148 keV 能量下铌-181的微分中子散射截面

《Nuclear Physics A》：Differential neutron-scattering cross sections of 181Ta at 148 keV

　　

摘要

在中子入射能量为148 keV的条件下，利用达拉特核研究堆（DNRR）通过中子滤波技术产生的准单能中子束，测量了中子在¹⁸¹Ta靶上散射的微分截面。散射中子在30°至150°之间的角度范围内，使用由³He正比计数器组成的能谱仪进行检测。利用三阶勒让德多项式拟合对所测角分布进行分析，从而提取微分截面和角度积分截面。通过蒙特卡罗模拟处理的多重散射效应被发现是获得准确截面数据所不可或缺的。所测截面与评估核数据库（包括ENDF/B-VIII.0、JEFF-4.0、JENDL-4.0、ROSFOND-2010和CENDL-3.2）进行了比较。微分截面和角度积分截面均与ENDF/B-VIII.0评估值取得了良好的一致性。特别是，所测角度积分截面（8.25 ± 0.15 b）与ENDF/B-VIII.0值仅相差约1.4%，也与低于400 keV中子能量的先前实验数据高度吻合。与采用不同光学模型势（OMP）以及多种核能级密度（NLD）和光子强度函数（PSF）模型的微观模型计算进行比较，结果表明所测微分截面对所选OMP高度敏感。这表明在该低入射能量下，中子散射过程主要受入道和出道光学势的支配，而非由激发态的统计性质决定。最后，本研究为EXFOR核数据库提供了新的实验微分截面和角度积分截面数据。

引言

钽是一种具有优异机械强度、耐腐蚀性和高熔点的难熔金属，是先进核能和聚变系统中前景广阔的结构材料[1], [2]。特别是，钨钽合金在聚变环境中表现出了对高热流退化的良好抗性[3]。因此，¹⁸¹Ta核的精确中子相互作用数据对于反应堆设计、屏蔽计算和核数据评估至关重要。

在过去的几十年里，利用加速器基中子源和飞行时间技术，已对¹⁸¹Ta上中子诱发反应进行了大量测量，提供了从热中子能量（约0.0253 eV）到14.6 MeV的宽能量范围数据。然而，低于400 keV时中子在¹⁸¹Ta上散射的实验角微分截面数据仍然非常有限。大多数现有测量集中在较高能量，通常在数百keV以上，如EXFOR数据库中汇编的数据[4]，参见表1和表2分别给出的弹性散射和非弹性散射数据。这种实验信息的缺乏在评估核数据库的低能区引入了显著的不确定性。

在实际研究中，中子在¹⁸¹Ta低激发态上的非弹性散射可通过观察中子相互作用后的γ射线发射来研究[5], [6]。然而，低于400 keV时¹⁸¹Ta的详细角分布数据仍然稀缺，尽管其积分截面和部分散射截面已在宽能量范围内被报道。

在本工作中，我们报告了在148 keV入射中子能量下¹⁸¹Ta靶上中子散射反应角微分截面的实验测量结果。主要目标是在这一典型的低能区域提供新的实验数据以补充现有有限数据库。实验在达拉特核研究堆（DNRR，0.5 MW${}_{\text{th}}$）[7]上进行，使用通过中子滤波技术[8]产生的准单能中子束。此前曾对²³⁸U和²³²Th采用类似技术进行了角分布测量[9], [10]，使用的是一座10 MW${}_{\text{th}}$核反应堆。尽管如此，本研究证明这种类型中子散射测量也可以在如0.5 MW${}_{\text{th}}$ DNRR这样的低功率研究反应堆上成功进行。

章节摘要

中子束与靶核

角分布测量在DNRR的第4径向中子孔道进行，该孔道提供了通往反应堆堆芯的直接视线路径[7]。未滤波谱的积分中子通量约为10¹² n/cm²s。通过由100 cm硅（Si）、2.63 cm钛（Ti）和¹⁰B吸收体（B₄C；0.22 g/cm²，直径7.8 cm，厚1.3 cm）组成的滤波装置，在148 keV处产生了准单能中子束。中子束为

立体角、多重散射和中子通量衰减的修正

立体角和多重散射修正通过基于MCNP的模拟进行了评估[38], [39], [40]，其中模拟了10⁹个入射粒子，使用粒子轨迹输出（PTRAC）选项记录每个中子在Ta样品和³He探测器几何结构内的完整碰撞历史，如图9(a)所示。对生成的PTRAC文件进行分析，以识别散射角θ和立体角Ω作为函数的中子事件。具体而言，事件按照

结果与讨论

图10(a)显示了³He探测器的测量效率与模拟效率之间的一致性良好。148 keV处的绝对效率实验值为(0.288 ± 0.009)%，模拟值为(0.277 ± 0.003)%，偏差约3.8%。这一结果表明所测效率准确可靠。图10(b)展示了¹⁸¹Ta靶中的中子通量衰减因子，表明由于样品的高密度，通量衰减约9.6%

结论

在达拉特核研究堆进行了一项新实验，测量了¹⁸¹Ta核在148 keV入射中子能量下的微分和角度积分散射截面，旨在为EXFOR核数据库提供补充数据。使用³He探测器测量该能量下的散射中子事件。多重散射效应通过MCNP6程序中实现的模拟方法进行了考虑，所得结果

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