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1、2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 1裂变产额工作介绍裂变产额工作介绍 2012年年8月月11日日2012 超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州舒能川舒能川中国原子能科学研究院，中国核数据中心中国原子能科学研究院，中国核数据中心（核数据测量与评价国防科技重点实验室）（核数据测量与评价国防科技重点实验室）20032003年博士毕业于中国原子能研究院年博士毕业于中国原子能研究院现主要从事：现主要从事：1. 1. 裂变产额评价工作，裂变产额评价工作，WT-2WT-2（独立产额数据表）（独立产额数据表）2.2.核天体理论研究，建立核天体网络方程计算系统（舒
2、能川核天体理论研究，建立核天体网络方程计算系统（舒能川 陈永寿陈永寿 M.SmithM.Smith）2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 2内容内容1.引言：产额概念，背景需求引言：产额概念，背景需求2.研究目的、内容、研究方法研究目的、内容、研究方法3.合作单位合作单位4.关键问题之一：激发能分配问题关键问题之一：激发能分配问题2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 31.引言引言 概念概念产额是指一次裂变产生某个核的几率；裂变后，碎片发射瞬发中子后，还没有进行beta衰变，称为独立产额；Beta衰变后，累积到某个核，称为累积产额。产额质量分
3、布：质量为A的独立产额之和称为质量产额，随A的分布成为质量分布。2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 41. 引言引言 需求需求民用：核能的大力发展，核电的自主化，需要更精确的民用：核能的大力发展，核电的自主化，需要更精确的核数据，包括产额数据核数据，包括产额数据反应堆燃耗深度计算反应堆燃耗深度计算乏燃料处理，乏燃料处理，放射性计算等；放射性计算等；非民用非民用: :当量确定当量确定核查核查42012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 52.研究目的、内容、研究方法研究目的、内容、研究方法目的目的:建立民用和非民用的产额数据库；建立民用和非民用的产
4、额数据库；内容：内容：235，238U，239Pu，Th-U相关的锕系核的裂变产额数据；相关的锕系核的裂变产额数据；研究手段方法：研究手段方法：系统学方法(中国核数据中心)唯象模型(中国核数据中心)计算驱动势，质量分布和电荷分布（pre-neutron）（王宁等）多维位能曲面计算；实验测量（原子能院）2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 63.合作单位和成员合作单位和成员北京大学（樊铁栓教授等）广西师范大学（王宁教授等）原子能院理论室(赵凯，吴锡真、李祝霞)核数据重点实验室测量部（杨毅，冯晶，刘世龙）原子能院放化所（丁有钱，毛国淑等）本组主要成员：舒能川，陈永静（负责
5、非民用数据），刘廷进，钱晶，陈笑松（学生已毕业），刘丽乐（硕士）62012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 74.关键问题关键问题1）产额能量关系）产额能量关系72012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 84.关键问题关键问题2）瞬发中子数（谱）计算）瞬发中子数（谱）计算 激发能分配问激发能分配问题题82012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 9陈永静 舒能川 刘廷进中国原子能科学研究院裂变碎片激发能分配裂变碎片激发能分配2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 10主要内容1、研究意义、研究意义2、裂变碎
6、片激发能分配的研究现状、裂变碎片激发能分配的研究现状3、n+235U裂变碎片激发能分配裂变碎片激发能分配4、 n+235U裂变碎片核温度裂变碎片核温度5、总结、总结2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 11重核每次裂变大约产生重核每次裂变大约产生200MeV的裂变能的裂变能碎片的总动能碎片的总动能TKE 约为约为170MeV碎片的总激发能碎片的总激发能TXE 约为约为30MeV碎片碎片2 中子中子射线射线？ 1 1、研究意义、研究意义激发能在两个碎片中怎激发能在两个碎片中怎么分配的问题一直以来么分配的问题一直以来没有得到解决！没有得到解决！碎片碎片1 2012超重核合
7、成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 12核数据研究的需要：碎片发射瞬发中子数 以及gamma射线计算的需要。 计算 关键问题是需要知道裂变产生的激发能在 两个碎片中如何进行分配。 裂变机制研究的需要：裂变机制研究是核物理研究中 最古老但又是最新和最难的问题，裂变系统如何从鞍 点演化到断点，缺乏直接信息 。2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 13当a=A/C时假设假设TL=TH=TC2、裂变碎片激发能分配的研究现状M-N模型的基本假设2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 14采用采用半经验的方法，根据实验数据提取激发能分配比例：半
8、经验的方法，根据实验数据提取激发能分配比例：如果实验上有每个碎片放出的中子个数，每个中子带走如果实验上有每个碎片放出的中子个数，每个中子带走的能量以及每个碎片放的能量以及每个碎片放射线带走的能量。可以求得这射线带走的能量。可以求得这个碎片的激发能：个碎片的激发能：中子中子射线射线2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 15进而得到激发能分配比例进而得到激发能分配比例如果有实验数据，就可以提取出这个比例如果有实验数据，就可以提取出这个比例2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 163 3、n+n+235235U U裂变碎片激发能分配裂变碎片激发能分
9、配对热中子诱发对热中子诱发235U裂变反应，有部分实验数据裂变反应，有部分实验数据 每个碎片发射的瞬发中子数每个碎片发射的瞬发中子数2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 17每个碎片发射中子带走的平均动能每个碎片发射中子带走的平均动能每个碎片发射的每个碎片发射的gamma射线总能量射线总能量2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 18热中子诱发热中子诱发235U裂变总激发能在两个碎片中的分配比例裂变总激发能在两个碎片中的分配比例热中子情况，分配比例不符热中子情况，分配比例不符壳效应2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州
10、19PRC 83,054608(2011)与微观理论定性符合与微观理论定性符合激发能不正比激发能不正比两两裂变碎片的质量裂变碎片的质量2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 20激发能分配与入射中子能量的关系研究：激发能分配与入射中子能量的关系研究：假设假设需要的其他实验观察量与热能点相同需要的其他实验观察量与热能点相同En=5.55MeV只有瞬发中子数分布只有瞬发中子数分布随着入射中子能量的增加，重碎片获得增加的激发能中的大部分能量，这表明En=5.55MeV时在断点重碎片可能具有比轻碎片更变形的形状。中子诱发中子诱发235U裂变总激发能在两个碎片中的分配裂变总激发能
11、在两个碎片中的分配2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 21Gilbert-Cameron模型模型 非常温区非常温区费米气体非常温模型费米气体非常温模型 常温区，常温区，核温度不随激发核温度不随激发 能增加而变化！能增加而变化！4、热中子+235U裂变碎片核温度的讨论2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 22 PRC72,044311(2005)1、轻重碎片核温度不相等，通常TLTH2、当壳效应S(为负值)很大时，核温度也会增大。如N=82,Z=50附近2、接近A=132双满壳附近： 定性一致！定性一致！对热中子诱发对热中子诱发235U裂变碎
12、片核温度讨论，裂变碎片核温度讨论，1、互补碎片远离双满壳附近：2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 23计算了轻重碎片平均核温度比：2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 24 K.Schmidt and B. Jurado PRL104(2010)212501能量排序能量排序(energy sorting)机制机制1、处于断点组态的瞬发裂变碎片各自具有各自的温度，不存在T1=T22、两个具有各自不同的温度的没有分离的碎片之间激发能从温度高的碎片流 向温度低的碎片，因此，发生能量排序过程，温度低的碎片得到激发能，温度高的失去激发能。2012超重
13、核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 251.1.本工作用系统学方法计算了激发能分配比例；本工作用系统学方法计算了激发能分配比例；2.2. 激发能分配与轻重碎片的质量不成比例；激发能分配与轻重碎片的质量不成比例；3.3.与通常假定核温度相等条件下得出的分配方与通常假定核温度相等条件下得出的分配方式不式不符合符合。4.4.随着总激发能的增加，重碎片得到的激发能随着总激发能的增加，重碎片得到的激发能比例增加比例增加。5 5、小结、小结2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 26总结总结介绍了产额的需求，十二五产额工作的目的、内介绍了产额的需求，十二五产额工作的
14、目的、内容和现阶段研究的手段方法；容和现阶段研究的手段方法；产额数据评价方法：目前使用系统学方法和唯象产额数据评价方法：目前使用系统学方法和唯象模型方法（误差模型方法（误差3-3-10%10%），理论计算的精度还无法满足实际的需求；），理论计算的精度还无法满足实际的需求；激发能分配：本工作用系统学方法计算了激发能分配：本工作用系统学方法计算了235235U U热能点的分配方法，与理论不一致，尚需理论更热能点的分配方法，与理论不一致，尚需理论更多的关注。多的关注。2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 27致谢致谢会务组和组织单位会务组和组织单位感谢与会专家感谢与会专家合
15、作单位和成员合作单位和成员产额，产额质量分布，产额能量关系用。产额，产额质量分布，产额能量关系用。来确定来确定HBDL的重要数据。的重要数据。对先进核能利用、先进反应堆设计运行和核能安全利用同时具有确定的应用价值：对先进核能利用、先进反应堆设计运行和核能安全利用同时具有确定的应用价值：1) 通过裂变产物确定核燃料的生产；通过裂变产物确定核燃料的生产；2) 分析毒物产物核对反应堆的有效增殖系数及运分析毒物产物核对反应堆的有效增殖系数及运行的影响；行的影响；3）衰变热的计算；）衰变热的计算；4）燃耗的测定；）燃耗的测定；5）屏蔽和剂量的计算；）屏蔽和剂量的计算；6）乏燃料和废物处理等。）乏燃料和废
16、物处理等。概念、意义概念、意义背景背景存在的问题存在的问题研究内容研究内容研究方法研究方法一一. 引言引言28概念：产额，产额质量分布，产额能量关系用。概念：产额，产额质量分布，产额能量关系用。意义：来确定意义：来确定HBDLHBDL的重要数据。的重要数据。对核能自主化、先进核能利用、先进反应堆设计运行和核能安全利用同时对核能自主化、先进核能利用、先进反应堆设计运行和核能安全利用同时具有确定的应用价值：具有确定的应用价值：1) 1) 通过裂变产物确定核燃料的生产；通过裂变产物确定核燃料的生产；2) 2) 分析毒物产物核对反应堆的有效分析毒物产物核对反应堆的有效增殖系数及运行的影响；增殖系数及运
17、行的影响；3 3）衰变热的计算；）衰变热的计算；4 4）燃耗的测定；）燃耗的测定；5 5）屏蔽和剂）屏蔽和剂量的计算；量的计算；6 6）乏燃料和废物处理等。）乏燃料和废物处理等。一一. 引言引言29在全面核禁试的形势下，长期保持着战略核威慑力优势的美国等核大国，在全面核禁试的形势下，长期保持着战略核威慑力优势的美国等核大国，仍然积极开展禁试下的核武器研制，且其核技术从依赖核试验向现代化计仍然积极开展禁试下的核武器研制，且其核技术从依赖核试验向现代化计算机模拟等高新技术手段转化，使得它们的核技术发展效率更高，保密性算机模拟等高新技术手段转化，使得它们的核技术发展效率更高，保密性更强。更强。为了确
18、保我国有限的核力量，我国也正在进行现代化的不违约的核活动，为了确保我国有限的核力量，我国也正在进行现代化的不违约的核活动，这些研究需要统一的、高精度的核数据，包括产额数据及产额随入射中子这些研究需要统一的、高精度的核数据，包括产额数据及产额随入射中子能量变化规律。能量变化规律。我国核能发展和核电的自主化，需要相应的核数据，包括产额数据。我国核能发展和核电的自主化，需要相应的核数据，包括产额数据。背景背景一一. 引言引言30存在的问题存在的问题产额能量关系，目前国际上尚不清楚；产额能量关系，目前国际上尚不清楚；现场使用的产额及产额能量关系数据与实验室给出的数据存在分现场使用的产额及产额能量关系数
19、据与实验室给出的数据存在分歧。歧。一一. 引言引言31235U，238U, 239Pu，232Th，233U等等实验测量实验测量理论计算理论计算产额数据评价；产额数据评价；产额能量关系研究产额能量关系研究: 唯象模型研究唯象模型研究瞬发中子谱研究计算；瞬发中子谱研究计算；瞬发瞬发gamma研究计算；研究计算；缓发中子谱研究计算；缓发中子谱研究计算；缓发缓发gamma研究计算等。研究计算等。模拟模拟研究内容研究内容2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 32二、二、唯象模型唯象模型2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 33唯象模型唯象模型拟合实验
20、数据，拟合实验数据，确定参数确定参数多道裂变的处理多道裂变的处理2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 36目录目录一、引言一、引言二、唯象模型二、唯象模型三、实验数据三、实验数据四、模型参数四、模型参数五、结果和结论五、结果和结论2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 37三、模型参数三、模型参数11个可调参数：个可调参数：壳效应的位能参数：壳效应的位能参数：d dU4 4 d dU5宽度参数因子：宽度参数因子：4 5描述非对称裂变位置的中子数：描述非对称裂变位置的中子数： N4 N5描述非对称裂变势能的系数：描述非对称裂变势能的系数： C4
21、C5归一化常数：归一化常数：C0壳修正衰减因子：壳修正衰减因子：能级密度参数因子：能级密度参数因子：ca。2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 38四四. 结果结果A=89A=106A=133A=151.9MassMass不同质量区域的产额能量关系不同质量区域的产额能量关系YieldEYYYYY2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 39质量分布（热能点）质量分布（热能点）2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 40质量分布质量分布1MeV2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 41Yield(%
22、)2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 42产额能量关系产额能量关系2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 432012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 44五、结论五、结论唯象模型能够较好的描述质量分布和大部唯象模型能够较好的描述质量分布和大部分产物核的产额能量关系或趋势。分产物核的产额能量关系或趋势。给出了不同质量区域，产额能量关系的变给出了不同质量区域，产额能量关系的变化规律；化规律；壳修正与核温度关系是唯象模型的关键壳修正与核温度关系是唯象模型的关键影响产额的一个重要因子，是壳效应能。其中壳效应修正与温度有关，且随
23、温度减弱，但是目前国际上对其具体形式还不清楚，本项目采用指数衰减形式，有待改进。2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 45参研单位和相关成员：参研单位和相关成员：中国核数据中心：舒能川，陈永静，刘廷进，孙正军，钱晶，陈中国核数据中心：舒能川，陈永静，刘廷进，孙正军，钱晶，陈笑松，刘丽乐等；笑松，刘丽乐等；原子能院理论组（裂变）：赵凯，吴锡真，李祝霞原子能院理论组（裂变）：赵凯，吴锡真，李祝霞; ;北京大学：樊铁栓，郑娜（九所），钟春来等北京大学：樊铁栓，郑娜（九所），钟春来等; ;广西师范大学：王宁，孙小军等。广西师范大学：王宁，孙小军等。谢谢谢谢2012超重核合成与
24、性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 46三、技术方案三、技术方案 1总体方案总体方案5）模拟局部的核爆过程，分析强中子场对裂变产额的影响）模拟局部的核爆过程，分析强中子场对裂变产额的影响(1)建建立立强强中中子子场场的的核核反应网络方程计算程序反应网络方程计算程序建立核数据库建立核数据库衰变和衰变和g g数据数据中子反应截面数据中子反应截面数据裂变产额数据裂变产额数据分析用户与实验数据分析用户与实验数据之间的分歧原因之间的分歧原因2012超重核合成与性质研讨会超重核合成与性质研讨会 兰州兰州 47三、技术方案三、技术方案 1总体方案总体方案 5）模拟局部的核爆过程）模拟局部的核爆过程(2)
