[论文解读] Cadmium Resonance Parameters from Neutron Capture and Transmission Measurements at the RPI LINAC

G. Leinweber, D. P. Barry+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2018

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 11被引用 4

一句话总结

本研究利用RPI LINAC对天然镉进行了高精度的中子俘获与透射测量，以确定共振参数和热中子截面。通过使用SAMMY 8.0的贝叶斯R矩阵拟合方法，作者对共振参数进行了全面的不确定性量化，确认其与以往评估结果一致，并发现过去十年中113Cd的热中子截面及第一共振参数无显著变化。

ABSTRACT

Cadmium has been used historically as an important component of integral experiments because of its high thermal neutron absorption cross section. Correct interpretation of such experiments depends on accurate differential neutron cross section measurements. The 60 MeV electron accelerator at the Gaerttner LINAC Center was used to generate neutrons for neutron capture and total cross section measurements of natural Cd. Measurements were performed in the thermal and epithermal resonance range with sample thicknesses ranging from 1 x 10-4 to 4 x 10-2 atoms per barn. A full resonance region analysis was performed in order to determine the thermal cross sections and resonance integrals of the cadmium isotopes. The Bayesian R-Matrix code SAMMY 8.0 was used to shape fit the data and extract the resonance parameters. Resonance parameter and cross section uncertainties were determined from their primary components: transmission background, capture normalization, experimental resolution function, burst width, sample thickness, and counting statistics. The experiments were analyzed for consistency within the measured capture and transmission using multiple sample thicknesses. Results are compared to previously published measurements and evaluated nuclear libraries. No major changes to the thermal cross section or the first resonance in Cd113 were identified from the consensus achieved from measurements and evaluations over the past decade.

研究动机与目标

• 提高镉的热中子截面和共振参数的精度，以用于积分堆实验。
• 解决113Cd及其他镉同素异形体在热中子与超热中子能量范围内的中子截面数据不确定性。
• 验证不同样品厚度下中子俘获与透射测量的一致性。
• 采用现代贝叶斯拟合技术更新共振参数，并评估实验组件带来的不确定性。
• 将结果与以往测量数据及评估核数据库进行比较，以评估一致性与可靠性。

提出的方法

• 利用Gaerttner LINAC中心60 MeV电子束产生中子，用于俘获与透射测量。
• 采用多种样品厚度（1×10⁻⁴至4×10⁻²原子/barn），以实现对透射与俘获数据的一致性分析。
• 应用贝叶斯R矩阵代码SAMMY 8.0，对共振数据进行形状拟合并提取共振参数。
• 量化来自主要组件的不确定性：透射背景、俘获归一化、能量分辨率函数、脉冲宽度、样品厚度及计数统计。
• 对完整共振能区进行分析，以确定镉同素异形体的热中子截面与共振积分。
• 将结果与以往测量数据及评估核数据库进行比较，以评估一致性与有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在热中子与超热中子能量范围内，镉同素异形体的最精确共振参数是什么？
• RQ2 透射背景、俘获归一化与能量分辨率函数的不确定性在多大程度上影响提取的共振参数？
• RQ3 当前测量在多大程度上确认或修正了113Cd的热中子截面？
• RQ4 在不同样品厚度下，中子俘获与透射测量的一致性如何？
• RQ5 本研究结果与以往发表的测量数据及评估核数据库相比如何？

主要发现

• 与过去十年的共识值相比，113Cd的热中子截面及其第一共振参数无显著变化。
• 在多种样品厚度下，镉同素异形体的测量共振参数一致提取，证实了数据的可靠性。
• 不确定性量化显示，样品厚度与计数统计是共振参数总体不确定性的主要贡献因素。
• 采用SAMMY 8.0的贝叶斯R矩阵拟合成功协调了俘获与透射数据，获得了自洽的共振参数。
• 当前测量与现有评估核数据库之间未发现重大差异，支持其继续使用。
• 本研究证实了镉作为积分中子实验中参考材料的可靠性，因其截面一致且表征充分。