核数据——核金字塔的基石
核数据是在微观层面对原子核与核反应进行表征的数据,不像万里长城的宏伟、桂林山水的绮丽,只是一大堆平平无奇的数字阵列。然而,人类一切与原子核和原子核反应相关的活动都离不开核数据。毫不夸张地说,核数据是核相关研究的基石,其完备性和精确度直接决定了核金字塔的牢固度。在核能科研中,最重要的核数据是中子核数据,也是世界相关核科技实验室的研究重点。
当代中子核数据——全面精确
近年来,国际中子核数据研究开始向广度和深度两个层面扩展,包括美国LANSCE建设的多台核数据测量谱仪、欧洲核子中心CERN建设的高精度中子数据测量装置n-TOF等。在各类中子源实验装置的支持下,国际核数据研究持续发展:新型测量装置与方法不断涌现;中子源能区更广、强度更高;关键核数据测量精度不断提高。长期以来,二所相关团队在各种实验测量方面开展了大量工作,解决了多方面对核数据的需求,但是我国仍需持续掌握自主的有关测量装置和关键核数据。
我们的中子核数据——填补空白实现并跑
随着中国散裂中子源(CSNS)上反角白光中子源(Back-n)于2018年3月建成,中国首次拥有了宽连续能谱(0.5eV-200MeV)的脉冲式中子源,Back-n合作组将裂变截面测量列为了中子核数据首批实验之一。以此为契机,在国家科技部重点研发计划课题和国家自然科学基金委面上项目支持下,刘荣研究员带领课题组对宽能谱下的裂变截面测量技术开展了攻关。经过五年的艰苦奋斗,突破了快响应时间多层裂变室技术、白光中子诱发裂变截面高精度测量技术等关键技术,形成一套新建的裂变截面测量谱仪(FIXM)。
国内首次实现了白光中子诱发236,238U 核素相对235U 裂变截面测量。获得了1-20MeV中子能区238U/235U裂变截面比和0.4-40 MeV能区236U/235U 裂变截面比实验数据,给出了与主要评价数据和以往实验的对比分析结果。至此,具有重要应用价值的中子核反应——中子诱发裂变截面的高精度连续宽能区测量技术被完全掌握,相关的谱仪研究成果发表在NIM A(940,(2019) 486–491)期刊上,而相关截面测量成果作为“具有创新性的研究成果”发表在Annals of Nuclear Energy(140 (2020) 107301)和PHYSICAL REVIEW C(102, (2020)034604)期刊上,成为我所少数攀登上PR系列物理学界期刊高峰的成果之一。新的测量结果获得国际认可,收录于IAEA核反应实验数据库(EXFOR)。其中,作为标准的238U/235U裂变截面比测量数据在有关的核数据会议上被国内外同行多次引用,IAEA中子标准数据技术会议推荐其用于评价。
多层快裂变室谱仪安装在Back-n白光源 76m飞行终端上
高纯度高均匀性裂变核素样品及小立体角法精确定量谱
235U连续能点峰位与国际截面库间校对,国内首次实测到截面变化的精细共振结构
高至40MeV连续能区的236U裂变截面测量与理论、评价和以往实验对比结果
结语
基础研究一直要耐得住寂寞、坐得住冷板凳,如苏轼所言“惟江上之清风,与山间之明月。是造物者之无尽藏也,而吾与子之所共适”。基础研究者犹如摄造物者之无尽清风明月,与天下人所共适。中子核数据基础研究能够有薄田两亩,精耕细作,终于收得麦粟三斗,初心未改,实乃幸事。