科研進(jìn)展
乏燃料與再生燃料中子無損檢測關(guān)鍵核數(shù)據(jù)研究方面取得重要進(jìn)展
近代物理研究所先進(jìn)核能中心高功率靶室研究團(tuán)隊，依托中國散裂中子源與上海同步輻射光源兩大科學(xué)裝置，分別在銠-103中子俘獲反應(yīng)截面與光核反應(yīng)截面的高精度測量研究中取得重要進(jìn)展。實(shí)驗獲得了高能量分辨、寬能區(qū)的截面數(shù)據(jù)，澄清了以往實(shí)驗數(shù)據(jù)與國際主流評價庫推薦值之間存在分歧的原因。相關(guān)研究成果于12月11日發(fā)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(guān)鍵核素銠-103與钚-240等的精確定量分析，以及堆芯在線監(jiān)測用銠自給能中子探測器的性能優(yōu)化提供了關(guān)鍵核數(shù)據(jù)支撐。
近年來，美國愛達(dá)荷國家實(shí)驗室與洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室的研究表明，在乏燃料中子無損檢測中，裂變產(chǎn)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(yīng)截面數(shù)據(jù)進(jìn)行乏燃料燃耗計算，以確定銠-103濃度隨燃耗深度的變化規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)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(fā)的第三代大型先進(jìn)壓水反應(yīng)堆“華龍一號”中，堆芯內(nèi)布置了大量銠自給能中子探測器，用以三維實(shí)時在線中子監(jiān)測。該探測器在受到中子輻照的同時,也受到堆內(nèi)高強(qiáng)度γ射線影響產(chǎn)生噪聲電流。高精度的銠-103（n,γ）與銠-103（γ,n）反應(yīng)截面數(shù)據(jù)，對剔除探測器的噪聲、提升探測精度至關(guān)重要。
在中子俘獲反應(yīng)研究方面，研究團(tuán)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(qū)中子俘獲反應(yīng)截面的直接測量。實(shí)驗結(jié)果表明，國際主要評價數(shù)據(jù)庫ENDF/B-VIII.1，JEFF-3.3和JENDL-5中11.9 eV和33.0 eV處標(biāo)注的共振能級并不存在。分析認(rèn)為，上述數(shù)據(jù)庫中的共振峰可能源于早期實(shí)驗樣品中鉑族元素鈀（108Pd）與鉑（195Pt）雜質(zhì)的貢獻(xiàn)。此外，基于CSNS Back-n束流的高注量率和優(yōu)異的飛行時間分辨能力，本次實(shí)驗首次發(fā)現(xiàn)了銠-103的8個新共振峰，并利用R-矩陣程序SAMMY提取了相應(yīng)的共振參數(shù)。
在光核反應(yīng)測量方面，團(tuán)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(shù)管構(gòu)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(nèi)，完成了銠-103光核反應(yīng)截面的測量，成功獲取了2n閾值以內(nèi)的高精度光中子反應(yīng)截面數(shù)據(jù)。
目前，近代物理研究所正在建設(shè)國際首臺兆瓦級加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)原理驗證裝置（CiADS），致力于發(fā)展核廢料安全處理與處置的創(chuàng)新技術(shù)路線。本實(shí)驗獲取的高精度銠-103（n,γ）與銠-103（γ,n）關(guān)鍵核數(shù)據(jù)，將在乏燃料與再生燃料的中子無損檢測領(lǐng)域發(fā)揮重要應(yīng)用價值。
該研究由中國科學(xué)院近代物理研究所主導(dǎo)，中國科學(xué)院高能物理研究所、中國科學(xué)院上海高等研究院、中山大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)等單位共同完成。論文第一作者為近代物理所與中山大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)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(xué)郭琛琛副教授以及復(fù)旦大學(xué)馬余剛院士。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.140105
圖1： CSNS Back-n束線中子俘獲反應(yīng)實(shí)驗布局、103Rh（n,γ）反應(yīng)實(shí)驗截面值與不同評價庫的比較
圖2 ：SSRF SLEGS線站光核反應(yīng)實(shí)驗布局、103Rh（γ,n）反應(yīng)實(shí)驗截面值與評價庫的比較
(高功率靶室????供稿)
