裂变产物关键核素中子反应机制研究获进展

近期，中国科学院近代物理研究所先进核能中心高功率靶室研究团队与合作者，在乏燃料挥发性裂变产物与金属裂变产物中子俘获反应截面高精度测量研究中取得重要进展。相关论文发表于《天体物理学杂志增刊（Astrophysical Journal Supplement Series）》、《中国科学：物理学力学天文学（SCIENCE CHINA Physics Mechanics & Astronomy）》、《物理评论研究（Physical Review Research）》、《核科学与技术（Nuclear Science and Techniques）》、《中国物理C（Chinese Physics C）》。

CSNS Back-n束线中子俘获反应实验布局与C6D6谱仪。近代物理所供图。

加速器驱动先进核能系统（ADANES），是由近代物理所原创性提出的新一代核裂变能系统。该系统构建了核燃料闭式循环体系，在乏燃料嬗变和燃料增殖的同时实现产能。ADANES的乏燃料分离与再生系统通过简单高温干法后处理，将乏燃料中的裂变产物（包括气体和挥发/半挥发核素Kr，I，Xe，Mo，Ru，Cs，Rb等、以及金属核素Sm，Nd，Pd和Rh等）部分分离后，将剩余含有混合次锕系核素的乏燃料进行压制烧结制备成再生燃料元件进入CiADS燃烧器嬗变和增殖。

研究团队依托中国散裂中子源的反角白光中子源束线（CSNS Back-n），基于瞬发γ射线法与中子飞行时间测量技术，应用氘代苯C6D6液闪探测谱仪，在1eV至1 MeV能区内开展了裂变产物中挥发/半挥发核素（I，Mo，Ru，Cs与Rb）、金属核素（Rh，Pd与Ag），以及镧系核素（Pr，Sm，Gd，Eu）中子俘获反应截面的高精度测量研究。

目前研究团队已完成的实验数据分析工作，在可分辨共振能区给出了133Cs，127I，113,115In，109,107Ag，103Rh，85,87Rb与63,65Cu(n,γ)反应产额及截面数据，并应用R-矩阵程序提取了共振参数。

与国际上的多家评价库比较，实验新发现了多个共振结构，同时澄清了相关差异的来源。在不可分辨能区，实验给出5 keV-1 MeV的中子俘获反应平均截面值。同时，积分给出了麦克斯韦平均截面以及天体物理热核反应率。高精度的中子俘获反应截面数据，为乏燃料与再生燃料中子无损检测中挥发性裂变产物与金属裂变产物的精确定量分析，以及天体物理s-过程的研究提供了关键核数据支撑。