中国散裂中子源工程
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FIXM谱仪-裂变截面测量  

FIXMFast Ionization Chamber Spectrometer for FIssion Cross Section Measurement)谱仪是一台基于多层快裂变室的中子诱发裂变截面测量谱仪,初期开展1eV-20MeV及后续更宽能谱中子诱发的核素裂变截面。

谱仪由三个核心部分组成,即裂变核素样品、多层快电离室、电子学数采分析系统。裂变核素样品安装在多层快裂变室腔体内,中子轰击裂变核素诱发裂变后,高能裂变碎片穿出样品进入电离室工作气体中,诱发工作气体电离。电离信号被电离室的信号电极收集,再通过电子学数据分析系统进行放大、采集、数字化和分析,最终采集到裂变事件,并进一步分析得到裂变截面信息。

        谱仪原理示意图如下所示:

1)裂变核素样品,为了使裂变碎片尽可能无阻碍地穿出样品进入工作气体,核素样品必须足够薄,通常采用电镀等方法在薄底衬(10-100mm)上均匀沉积一层核素(~100nm),同时为保证测量精度,必须使用高纯度裂变核素,并需要细致分析核素中同位素的影响并消除。

2)裂变电离室,为了将穿出的裂变碎片电离,使用了充满P10工作气体的裂变电离室。多层裂变室内每一个裂变单元由裂变核素镀片和收集电极组成,两极之间加载200-600V高压形成电场,电离气体产生的电子和正离子在电场下发生移动,从而在收集电极产生电信号。由于需要使用标准裂变核素(U-235U-238)作为裂变截面标准片,所以需要同时安装多片裂变片,FIXM第一期使用的多层裂变室可同时安装八层,可安装多层标准裂变片和待测裂变片,以提高实验精度和中子利用率。

3)收集电极产生的电信号通过前端放大器进行放大,然后通过调理电路接入到公用电子学系统。获取信号主要包括两维信息,一是时间信息,用于配合飞行时间确定诱发裂变中子的能量,二是幅度信息,用于确定裂变信号的真伪。最终,通过数据分析软件得到裂变截面的信息。

FIXM安装在Back-n的实验终端2内,飞行时间约80m,可测量铀、钚等多种錒系核素的中子诱发裂变截面,与国际领先的欧洲核子中心CERNn-TOF设施上的裂变截面测量谱仪FIC(https://ntof-exp.web.cern.ch/ntof-exp/)以及美国LANL国家实验室LANSCE中子源上的多层裂变室裂变截面测量谱仪(http://lansce.lanl.gov/facilities/lujan/index.php )原理相似,能力相当。

FIXM测量的裂变截面,可用于先进核设施开发、核废料处理、天体物理、航空航天、核物理研究等多项领域,是重要的核基础数据测量装置。

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