射線成核聲空化及核聚變反應的測量研究.pdf

1、由于煤、石油和鈾資源有限，人類最終會面臨資源枯竭的問題。煤、石油等化石燃料在使用時排放的氣體會造成嚴重的環(huán)境污染，核裂變釋能的核電產生的放射性廢物，由于其長半衰期和高放射性強度都會對地球造成潛在的危害。核能釋放的另一個形式是核聚變，聚變釋能比裂變釋能大3-4倍，很少產生放射性物質，因此聚變能是一種干凈安全的能源，而且核聚變反應的燃料氘和氚來自于浩瀚大海，聚變能也稱之為取之不盡，用之不竭的能源。然而實現(xiàn)可以控制的聚變能釋放--受控熱核聚變

2、，是近半個世紀來科學家殫精竭慮的研究課題。目前人們探索受控核聚變主要有兩種途徑：磁約束受控核聚變和慣性約束受控核聚變。哪種途徑能真正實現(xiàn)商業(yè)運作，目前還無法判定。受控核聚變是人類有史以來所面對的最困難、最具挑戰(zhàn)性的一個科學難題。 聲空化現(xiàn)象是液體在合適聲壓的超聲場中，空化引發(fā)源(cavitationinitiation sources，也稱核化源)在此液體中產生空化氣泡，空化氣泡形成、長大、坍縮和聚爆，空化效應導致空化氣泡內部氣

3、體的高密度、高壓強和高溫度。聲空化現(xiàn)象激發(fā)了人們對于利用極端物理環(huán)境進行熱核聚變的研究。 本文的主要研究內容如下： 1.建立聲空化條件下中子測量方法和核測量裝置。采用基于Monte-Carlo方法的Penelope程序計算了SND-S1的137Csy射線的能量分布譜，結果顯示最大康普頓電子能量的計算值和實驗值相差5％。分別采用SND-S1型液體閃爍體和ST-451型液體閃爍體組成的中子探測器探測了不同能量的γ射線標準源和

4、多種單能中子源的脈沖幅度譜，取得了光輸出的粒子能量響應，結果表明，液體閃爍體的光輸出與電子能量呈線性正比關系，而與中子能量呈非線性關系。對于SND-S1型液體閃爍體，它的光輸出相對于反沖質子能量關系為： L=(0.24±0.04)Ep+(0.03±0.01)Ep2-0.06對于ST-451型液體閃爍體，它的光輸出相對于反沖質子能量關系為： L=(0.23±0.03)Ep+(0.02±0.01)Ep2+0.212.研究2.

5、45MeV中子的慢化問題，建立和優(yōu)化中子慢化條件。對D-D反應產生的2.45MeV中子源進行慢化，采用基于Monte-Carlo方法的SHIELD程序計算優(yōu)化不同慢化裝置的中子能譜，優(yōu)選并建立中子慢化裝置，實驗測量慢化中子能譜。實驗值和計算值的誤差在4％之內。通過模擬計算顯示，在熱中子能區(qū)內，熱中子數(shù)占總中子數(shù)的10％左右。 2.建立聲空化條件下核反應的實驗裝置。探索超聲場的電磁信號對于中子能譜測量的干擾；不同荷能粒子的核化作用

6、對于聲空化效應的影響。超聲與否對能譜計數(shù)的統(tǒng)計性增量為0.5SD左右，屬于計數(shù)誤差允許范圍，表明超聲場對中子測量無干擾。α粒子、冷氚、熱氚、D和中子等粒子對于聲空化導致核聚變的作用都有極大影響，當缺少任何一種粒子的時候，反應測量的統(tǒng)計性增量僅為-1.67-4.33SD。 3.聲空化效應導致核聚變的實驗驗證。在驗證實驗中，采用Taleyarkhan等人的實驗條件，即在超聲場下，利用14MeV快中子或α粒子進行核化，測量D-D反應的

7、2.45MeV中子能譜并計算其顯著性統(tǒng)計增量。實驗表明，并未測量到2.45MeV中子有顯著性的增量。 4.探索聲空化場下核聚變反應的技術路線，研究其實現(xiàn)聲空化導致核聚變的可能性。實驗得出在本實驗的核反應技術路線下，采用ST-451液體閃爍體測量核反應產生14MeV中子的能譜，效應譜和非效應譜在14MeV計數(shù)道數(shù)范圍內有明顯的統(tǒng)計性增量，增量為28.5SD。采用BF3正比管測量核反應產生中子的能譜，效應譜中子峰計數(shù)相對非效應譜有顯著