[论文解读] Photoneutron Reactions $^{181} m{Ta}(γ, extit{x}n; extit{x} = 1 ÷8)^{181- extit{x}} m{Ta}$ AT $E_{ m{γmax}}$ = 80 $÷$ 95 MeV

А. Н. Водин, O.S. Deiev+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2021

Nuclear Physics and Applications参考文献 3被引用 4

一句话总结

本研究利用剩余γ活性法，在80–95 MeV的末端γ能量下，测量了$^{181}$Ta($\gamma$,xn; x=1–8)反应的轫致辐射通量平均光致中子截面。实验结果与TALYS1.9计算在x ≤ 6中子时吻合良好，但在(γ,7n)和(γ,8n)反应中出现显著偏差。$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta的同质异能比$d(E_{\gamma\text{max}})$测量值为$0.33 \pm 0.07$，表明同质异能态相对于基态存在两倍的抑制，与文献数据一致。

ABSTRACT

The bremsstrahlung flux-averaged cross-sections $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ for the $^{181} m{Ta}(γ, extit{x}n; extit{x} = 1 ÷8)^{181- extit{x}} m{Ta}$ photoneutron reactions have been measured at end-point bremsstrahlung energies ranging from 80 MeV to 95 MeV. The measurements were performed with the beam from the NSC KIPT electron linear accelerator LUE-40 using the residual $γ$-activity method. The theoretical $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ values were computed using the cross-sections $σ(E)$ from TALYS1.9 code. A comparison between the measured cross-sections $\langle{σ(E_{ m{γmax}})} angle$ and the theoretical values has demostrated their good agreement for the reactions with escape of up to 6 neutrons, and substantial differences for the $(γ,7 m{n})$ and $(γ,8 m{n})$ reactions. Isomeric ratios of the average cross-sections $d(E_{ m{γmax}})$ have been found for the $^{181} m{Ta}(γ,3n)^{178g,m} m{Ta}$ reaction products. The results have been compared with the literature data and the computations based on TALYS1.9 code.

研究动机与目标

• 在高能γ束（80–95 MeV）下测量$^{181}$Ta($\gamma$,xn; x=1–8)反应的轫致辐射通量平均截面，以探究GDR（集体振动模式）之外的光致分解机制。
• 研究核形变在重、形变核如$^{181}$Ta中对能量依赖性截面和反应多重性的贡献。
• 测定$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta的同质异能比$d(E_{\gamma\text{max}})$，以评估基态与同质异能态占据的竞争关系。
• 将实验结果与TALYS1.9理论预测进行比较，识别高多重性中子发射中的偏差。

提出的方法

• 采用剩余$\gamma$活性法，通过LUE-40电子直线加速器产生的轫致辐射照射$^{181}$Ta靶材，测量截面。
• 利用40 MeV电子束轰击W靶转换器，实现80–95 MeV的末端γ能量范围。
• 通过GEANT4模拟进行探测器效率和几何修正，从测量的$\gamma$射线谱中提取截面。
• 使用TALYS1.9代码，采用默认参数（包括能级密度和光学模型输入）计算理论截面。
• 通过$^{178g,m}$Ta的基态与同质异能态截面之比，推导出同质异能比$d(E_{\gamma\text{max}})$。
• 通过$\gamma$射线强度、效率和活度测量的误差传播，评估系统性不确定度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在80–95 MeV γ能量下，$^{181}$Ta($\gamma$,xn)反应的轫致辐射通量平均截面如何随中子多重性x变化？
• RQ2 TALYS1.9预测在80–95 MeV范围内与$^{181}$Ta光致中子截面的实验结果在多大程度上吻合？
• RQ3 在80–95 MeV下，$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta反应的同质异能比$d(E_{\gamma\text{max}})$是多少？与文献和理论相比如何？
• RQ4 为何在(γ,7n)和(γ,8n)通道中，尽管低x值时实验与理论吻合良好，仍出现显著偏差？

主要发现

• 测量的$^{181}$Ta($\gamma$,xn)反应（x=1–6）的轫致辐射通量平均截面与TALYS1.9预测值吻合良好，表明低多重性通道的建模可靠。
• 在(γ,7n)和(γ,8n)反应中观察到显著偏差，实验测得的截面明显低于TALYS1.9预测值。
• 在$E_{\gamma\text{max}}=80\div95$ MeV下，$^{181}$Ta($\gamma$,3n)$^{178g,m}$Ta的同质异能比$d(E_{\gamma\text{max}})$测量值为$0.33 \pm 0.07$，表明同质异能态相对于基态存在两倍的抑制。
• 实验测得的同质异能比与文献值（$E_{\gamma\text{max}}=24\div95$ MeV）一致，后者集中在$0.34 \pm 0.02$附近，表明该能量范围内行为恒定。
• (γ,n)、(γ,2n)和(γ,3n)反应截面之和与参考文献[8]中的结果一致，验证了本测量方法的可靠性。
• 理论TALYS1.9计算的同质异能比被高估约两倍，表明高能光致分解中同质异能态占据的建模仍需改进。