基于Potential-driving模型的快中子诱发239Pu裂变后物理量的计算与模拟研究

摘要

当前新型核能利用系统以及核军工研究对快中子诱发 239Pu(n,f)反应相关核数据提出了更高精度和更高中子能量的需求。由于各种原因，有关快中子诱发239Pu(n,f)反应的实验工作开展较少，且评价核数据库中也仅有少数几个中子能量点的裂变数据。另外，由于裂变物理过程的复杂性，目前所发展的描述核裂变物理过程的理论模型均存在一定的局限性，对裂变后相关物理量的计算结果与实验测量数据之间仍存在显著差异。鉴于目前的需求和研究现状，本论文工作在所发展的描述重核裂变的Potential-driving模型基础上，结合Geant4程序，开展了快中子诱发 239Pu(n,f)反应裂变后物理量的计算与模拟研究。论文的主要研究内容和研究结果如下： 基于 Potential-driving 模型计算了中子诱发 239Pu(n,f)反应的驱动势分布，并与双核(DNS)理论模型计算结果进行了对比，结果显示，两模型的计算数据一致性较好。基于Potential-driving模型计算了几个能量点快中子诱发 239Pu(n,f)反应的初级碎片质量数分布，并与现有的实验测量数据进行了比较，结果显示，计算数据与现有实验测量数据一致性较好。说明所发展的Potential-driving 模型能够较好地描述快中子诱发 239Pu(n,f)反应发射中子前裂变物理过程，为快中子诱发239Pu(n,f)反应发射中子后裂变物理过程的模拟研究奠定了基础。 将所发展的Potential-driving模型植入Geant4程序，并根据Potential-driving模型对Geant4程序构建了能量小于60 MeV的中子诱发 239Pu(n,f)反应初级碎片总动能随入射中子能量变化的激发函数以进行优化，在 Geant4 软件包截面数据库中添加了ENDF库的超铀核素中子截面数据，并修改了Geant4程序源码计算限制条件。基于Potential-driving模型并结合Geant4程序，开展了14 MeV快中子诱发 239Pu(n,f)反应发射中子后相关核数据的模拟研究，给出了独立产额质量数和电荷数分布、累积产额质量数和电荷数分布、碎片动能分布、裂变中子谱以及平均裂变中子数等数据，并与现有实验测量数据、ENDF/B-VII.1 库评价数据以及基于Geant4程序的参数化裂变物理模型(G4ParaFissionModel model)模拟所得数据进行了对比，结果显示，基于 Potential-driving 模型模拟所得数据与现有实验测量数据和 ENDF/B-VII.1 库评价数据符合较好，且符合程度要好于基于Geant4程序的参数化裂变物理模型(G4ParaFissionModel model)模拟所得数据。另外，模拟给出了能量小于60 MeV的不同能量中子诱发 239Pu(n,f)反应发射中子后碎片平均总动能随入射中子能量变化的数据，并与最新发表的实验测量数据和基于Geant4程序的参数化裂变物理模型(G4ParaFissionModel model)模拟所得数据进行了对比，结果显示，基于 Potential-driving 模型模拟所得数据与最新实验测量数据的符合程度也显著好于基于 Geant4 程序的参数化裂变物理模型(G4ParaFissionModel model)模拟所得数据。这两部分工作检验和验证了Potential-driving 模型描述快中子诱发 239Pu(n,f)反应发射中子后裂变物理过程的可靠性和适用性。 在本论文的最后部分，基于Potential-driving模型并结合Geant4程序，开展了能量小于60 MeV的快中子诱发239Pu(n,f)反应发射中子后相关核数据的模拟预测，给出了不同入射中子能量下的裂变产物独立产额质量数分布和电荷数分布、碎片动能分布、裂变中子谱以及平均裂变中子数等数据，并对其规律进行了总结讨论。

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