1、用于高精度裂变截面测量的用于高精度裂变截面测量的时间投影室（时间投影室（TPCTPC）的初步研究）的初步研究清华大学工程物理系闫洋洋导师：李玉兰 教授内容提纲 背景介绍 TPC测量裂变截面的优势 模拟方法及结果 结论以及下一步计划背景介绍 核反应堆、核武器以及核素合成等领域对裂变截面等参数的精度有较高的要求：1%；目前对于235U、238U、239Pu等主要裂变核素，反应截面目前的精度为3%-5%，在快中子区域精度会更差。不同实验测得的239Pu的反应截面不同实验测得的239Pu/235U反应截面4背景介绍-传统测量方法及问题裂变室结构框图不确定度来源：不确定度来源：1、粒子与裂变碎片的甄别
2、2、束流和靶厚度的不一致性 3、使用235U作为参考靶背景介绍-TPCTPC能够精确的测出带电粒子在漂移区域的三维径迹和dE/dxTPC用于裂变截面测量时的优势粒子裂变碎片裂变室能谱示意图裂变碎片粒子能量与射程关系图1 1、粒子与裂变碎片的甄别粒子与裂变碎片的甄别7TPC用于裂变截面测量时的优势 2 2、靶的厚度不一致性、靶的厚度不一致性裂变室：使用计数仪扫描靶不同位置处的衰变速率计数器本身标定的误差计数器的探测效率的不一致，大角度的粒子会在靶中损失掉大部分的能量，效率较低；测量给出的是平均值，但靶的厚度的不一致一般在5%左右。TPC：TPC对低能量粒子的探测效率大约为100%，粒子探测效率引
3、起的误差会非常小。TPC可以测量粒子的三维径迹，径迹的起始点为粒子飞离靶的位置，可以直接测量靶不同位置处的计数率，直接测得厚度的不一致性。8TPC用于裂变截面测量时的优势 3 3、参考靶、参考靶裂变室：一般使用的参考靶为235U，其裂变截面的不确定度1%TPC：目前已知的精度最高的反应截面为1H(n,n)1H反应，不确定度为0.2%；TPC的漂移气体中一般含有H原子，并且气体的均匀性很好，可以作为很好的参考靶研究目标研制出具有区分裂变碎片、alpha粒子和轻带电粒子能力，可用于核裂变截面测量的TPC原型样机。TPC结构框图模拟方法 探测器的定义 入射粒子的产生 粒子径迹SRIM 电子漂移扩散吸
4、附 Pad信号的产生 电子学滤波 径迹重建及结果分析ROOTGeant4Garfield尺寸参数气体参数靶核信息5MeV 粒子重核：68.4MeV 54Xe粒子轻核：99.8MeV 38Sr粒子对于235U，衰变，能量4.4MeV.裂变碎片包括重核和轻核：重核原子序数一般为52-54，平均能量68.4MeV轻核.原子序数一般为38-40，平均能量99.8MeV射程参数设置 尺寸：150mm*60mm pad形状：六边形 气体选择：P10 漂移电场：130V/cm1、饱和速度的电场较低2、电子吸附系数较低3、与裂变室的气体相同表1、气体参数电子漂移速度电子横向扩散系数电子纵向扩散系数电子吸附系数
5、模拟结果 粒子能量：0-5MeV均匀分布 fission能量：0-110MeV均匀分布Energy/MeVRange/cm粒子fission 粒子能量：0-5MeV均匀分布 fission能量：0-5MeV均匀分布粒子裂变碎片pad=1mmpad=2mmpad=3mmpad=4mm定义重叠率：与裂变碎片重叠的粒子数占总的粒子数的比例2022-8-9Pad大小/mm重叠率/%Pad信号信息Pad最小信号Pad最大信号pad电流time/10nsNumber of electronspad电流time/10nsNumber of electrons电流峰值为90000个电子，持续时间800nspad上电子数约为1.87*106；电流峰值约为200个电子电流持续时间为110nspad上电子数目约为1000压强的影响粒子裂变碎片P=0.75atmP=1.5atm 粒子能量：0-5MeV均匀分布 fission能量：0-5MeV均匀分布重叠率30.8%重叠率46.9%结论：模拟表明原理正确可行为系统设计提供参考下一步：完善模拟，优化系统设计算法研究系统搭建系统测试及标定精确测量裂变截面谢谢大家
