Th-U燃料循环中形变核能级密度的研究

【摘要】：原子核能级密度对原子核结构和核反应理论都具有重要的意义,特别是在核反应截面和能谱的统计模型计算中都是必不可少的。虽然经过几十年的研究,人们对影响能级密度的各种因素有了一定的了解,并发展了多种微观的或半经验的计算方法,但是它仍然是核物理中比较困难的问题,其理论计算和实验测量都不充分。特别是不稳定原子核能级密度的研究由于缺乏实验数据,对大形变核能级密度的研究只依赖于理论模型的计算,或从能级信息相对较多的核外推来获得不稳定原子核的能级密度信息。Th-U燃料循环中的关键核素都是具有较强集体形变的原子核,核内结构比较复杂,而现有的能级密度公式中都没有同时考虑壳修正、氘核对效应及其他修正项的影响,这对能级密度的外推带来很大的不确定性。 最新精确度较高的改进宏观-微观质量公式不但体现了通过Skyrme能量密度泛函给出包括β2、β4、β6形变对宏观液滴能的贡献,包含了包括质子壳修正、中子壳修正,镜像核约束和同位旋对称性在内的壳修正项,还包含了包括镜像核约束、残余对修正、高阶形变影响的残余修正项和重核的Wigner修正项。在核素质量、中子分离能、alpha分离能及GK关系等几个方面都有明显的改进,而对U、Pa、Th诸核素的比结合能和壳修正的计算结果也表明其精度和外推结果可靠性都很高。本文通过该质量公式提取出U、Pa、Th诸核素的壳修正,氘核对效应及其残余修正项以应用于上述核素的能级密度中。 几十年来,T. von Egidy课题组在能级密度方面做了很多研究工作,该课题组利用大量的实验数据定出了从19F到251Cf之间的310个核素在BSFG和CT等简单模型中的能级密度参数,这些参数在15MeV以内都是比较可靠的。本文以T. von Egidy课题组给出的BSFG和CT模型参数(α,E1)和(T,E0)作为我们工作的“准实验数据”,对于缺失的数据,则利用相关的分立能级及其能级累积数进行拟合来获得。同时,采用多元线性回归方法把壳修正氘核对效应和残余修正项应用到能级密度参数的计算中。最后计算得到U、Pa、Th诸核素的能级密参数精度较高而且具有较可靠的外推能力。 在能级密度的核反应模型计算中首先在基态及低激发态取分立能级以能更详细反映低激发能段信息,然后在稍高激发能段取常温模型(CT模型),最后在较高激发能段取改进的费米气体模型(BSFG模型),并在合适的激发态处设置一个使用非常方便的连接点得到光滑的能级密度。为进一步验证本文的能级密度参数的合理性,以n+238U核反应为例,通过修改UNF程序,使新的能级密度公式能重现相关反应道截面、中子能谱及出射中子双微分截面等信息,并使原程序中需人为调节的参数减少了2个,在一定程度上缩短了调参所需的时间。 【关键词】：Th-U燃料循环 能级密度公式 质量公式 UNF
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O571.2;TL249
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-13
• 1.1 TMSR简介9
• 1.2 Th-U燃料循环9-13
• 第2章 能级密度简介及理论研究现状13-29
• 2.1 能级密度简介及其研究意义13
• 2.2 能级密度研究现状13-15
• 2.3 能级密度的微观理论公式15-22
• 2.3.1 费米系统能级密度理论15-18
• 2.3.2 包含角动量和宇称的能级密度理论18-22
• 2.4 参数化的能级密度公式22-29
• 2.4.1 常温-费米型Gibert-Cameron公式23-25
• 2.4.2 反移费米型(BSFGM)公式25
• 2.4.3 超流型Ignatyuk费米型公式25-28
• 2.4.4 裂变鞍点态能级密度公式28-29
• 第3章 形变核能级密度29-45
• 3.1 Th-U燃料循环相关核素的能级纲图29-30
• 3.2 能级密度“实验值”的确定30-31
• 3.3 改进的壳修正在能级密度中的应用31-41
• 3.3.1 质量公式及其精度31-33
• 3.3.2 多元线性回归法在能级密度中的应用33-35
• 3.3.3 壳修正、氘核对效应及残余修正的应用及检验35-36
• 3.3.4 多元线性回归法在U同位素中的应用36-38
• 3.3.5 多元线性回归法在Pa同位素中的应用38-40
• 3.3.6 多元线性回归法在Th同位素中的应用40-41
• 3.4 能级密度公式在N+~(238)U核反应中的应用41-45
• 第4章 总结与展望45-47
• 4.1 总结45-46
• 4.2 展望46-47
• 参考文献47-51
• 致谢51-52

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