[论文解读] 7-Li(p,n) Nuclear Data Library for Incident Proton Energies to 150 MeV

S. G. Mashnik, M. B. Chadwick+5 more|ArXiv.org|Nov 17, 2000

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 12被引用 26

一句话总结

本文提出了一套针对入射质子能量高达150 MeV的7Li(p,n)反应的新ENDF-6格式核数据库，结合实验数据与GNASH模型计算，以预测中子产额、角分布及能谱。该评估结果可实现精确的辐射输运模拟，使用新数据表时，MCNPX模拟结果相较于Bertini核内级联模型与实验结果的吻合度更高。

ABSTRACT

We describe evaluation methods that make use of experimental data, and nuclear model calculations, to develop an ENDF-formatted data library for the reaction p + Li7 for incident protons with energies up to 150 MeV. The important 7-Li(p,n_0) and 7-Li(p,n_1) reactions are evaluated from the experimental data, with their angular distributions represented using Lengendre polynomial expansions. The decay of the remaining reaction flux is estimated from GNASH nuclear model calculations. The evaluated ENDF-data are described in detail, and illustrated in numerous figures. We also illustrate the use of these data in a representative application by a radiation transport simulation with the code MCNPX.

研究动机与目标

• 开发一套全面的、针对入射质子能量高达150 MeV的7Li(p,n)反应的核数据评估库，以支持中子源设计。
• 提高对薄靶与厚靶锂靶中中子产额、能谱及角分布预测的准确性。
• 通过经验证的、基于实验数据的表格，实现MCNPX中可靠辐射输运模拟。
• 解决现有评估中的局限性，特别是针对30 MeV以上能量区域，以及中子峰宽与能谱位置的不确定性。
• 评估使用7Li靶作为准单能中子源在聚变材料测试及其他应用中的可行性。

提出的方法

• 对来自多个来源（Meadows、Anderson、Poppe、McNaughton等）的7Li(p,n)反应实验数据进行评估，覆盖从阈值到150 MeV的能量范围。
• 采用勒让德多项式展开表示实验数据中n₀和n₁中子的角分布。
• 采用GNASH核模型代码估算反应流的衰变，包括预平衡与复合核衰变过程。
• 计算了入射能量高达150 MeV时中子、带电粒子及γ射线的总产额截面。
• 将所有通道截面整合为完整的ENDF-6格式数据库，供辐射输运代码使用。
• 通过MCNPX模拟43-MeV质子束轰击3.6-mm厚7Li靶的实验，对数据库进行验证，并与实验数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 实验数据与基于模型的数据在多大程度上能准确预测7Li(p,n)反应在150 MeV以下的中子产额与能谱？
• RQ2 与Bertini核内级联模型相比，使用评估后的ENDF-6数据对模拟中子峰宽与能谱位置有何影响？
• RQ3 随着入射质子能量的增加，n₀与n₁中子的角分布如何演变？
• RQ4 在高能区域，预平衡与复合核衰变过程对中子发射的贡献程度如何？
• RQ5 该新数据库在中子源应用中能否提升对薄靶与厚靶锂靶系统的模拟保真度？

主要发现

• 评估后的ENDF-6数据库对7Li(p,n)反应提供了完整、基于实验约束的描述，涵盖微分截面与角分布，能量范围达150 MeV。
• n₀与n₁中子的产额具有强烈的前向峰化特征，且在20 MeV以下随入射能量单调增加，在20 MeV时达到14.5 mb/sr。
• 在40 MeV以上，轻碎片（中子、质子、α粒子）的总截面趋于平缓，与⁷Li的总结合能一致。
• GNASH计算表明，随着入射能量升高，预平衡中子发射的贡献逐渐增加，反映在能谱变宽。
• 使用新数据库的MCNPX模拟结果在中子通量预测上优于Bertini INC模型，尤其在峰宽与能谱位置方面。
• 新数据库显著减小了与实验中子峰宽的偏差，表明其在物理保真度上优于现有模型。