[论文解读] Energy and Isotope Dependence of Neutron Multiplicity Distributions

J. P. Lestone|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2014

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 11被引用 15

一句话总结

本文通过拟合分布的二阶与三阶阶乘矩而非完整形状，提出了一种简化模型来描述裂变中的中子多重性分布，假设其行为符合高斯分布。该方法在中子能量高达10 MeV时能准确再现实验数据，并为MCNP等核输运代码提供了可靠基础。

ABSTRACT

Fission neutron multiplicity distributions are known to be well reproduced by simple Gaussian distributions. Many previous evaluations of multiplicity distributions have adjusted the widths of Gaussian distributions to best fit the measured multiplicity distributions Pn. However, many observables do not depend on the detailed shape of Pn, but depend on the first three factorial moments of the distributions. In the present evaluation, the widths of Gaussians are adjusted to fit the measured 2nd and 3rd factorial moments. The relationships between the first three factorial moments are estimated assuming that the widths of the multiplicity distributions are independent of the initial excitation energy of the fissioning system. These simple calculations are in good agreement with experimental neutron induced fission data up to an incoming neutron energy of 10 MeV.

研究动机与目标

• 通过聚焦于阶乘矩而非完整分布形状，提高裂变中子多重性分布建模的准确性。
• 减少对完整Pn分布拟合的依赖，这在许多可观测量中往往是不必要的。
• 开发一种在不同入射中子能量和裂变同素异形体范围内与实验数据一致的模型。
• 为核输运模拟提供一种计算高效且解析可处理的框架。
• 验证裂变系统中多重性分布宽度与初始激发能无关的假设。

提出的方法

• 使用高斯函数建模中子多重性分布，其宽度通过调整以匹配测量的二阶与三阶阶乘矩。
• 利用前三个阶乘矩之间的关系，估计分布参数，而无需拟合完整的Pn形状。
• 假设多重性分布的宽度与裂变系统的初始激发能无关。
• 在入射中子能量高达10 MeV的实验中子诱发裂变数据上验证该模型。
• 通过将模型锚定在先前确立的LA-UR-05-0288报告上，利用现有的MCNP兼容的多重性分布选项。
• 使用统计矩来表征分布，从而在模拟代码中实现稳健且简化的表示。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅通过中子多重性分布的二阶与三阶阶乘矩准确重构完整分布，而无需拟合整个Pn形状？
• RQ2 基于矩的高斯模型在不同入射中子能量和同素异形体下，对实验中子多重性数据的再现能力如何？
• RQ3 在裂变系统中，假设多重性分布宽度在不同初始激发能下保持恒定，其有效性如何？
• RQ4 简化基于矩的模型在多大程度上可以替代核输运模拟中的详细Pn拟合？
• RQ5 与现有评估相比，该模型在MCNP模拟背景下的表现如何？

主要发现

• 基于矩的高斯模型，经由二阶与三阶阶乘矩校准，在入射中子能量高达10 MeV时，能以良好精度再现实验中子多重性数据。
• 假设多重性分布宽度与初始激发能无关，可为不同裂变系统提供一致且可靠的预测。
• 该模型为完整Pn分布拟合提供了一种计算高效的替代方案，适用于集成到MCNP等蒙特卡罗输运代码中。
• 该方法与现有实验数据高度一致，并与MCNP中作为标准参考的LA-UR-05-0288报告相吻合。
• 与完整分布形状相比，使用阶乘矩可简化建模，同时为大多数可观测量保留了必要的物理信息。
• 该模型在不同同素异形体和入射中子能量下表现出强健性，支持其在更广泛的核数据应用中的使用。