氘—氘聚变反应高能γ射线产额的实验研究

【摘要】：轻离子在低能区的核反应长久以来一直被认为是对包括基础物理和应用物理在内的很多领域起着重要的基础作用。低能D(d，γ)~4He辐射俘获反应的研究有两个方面的目标，一个是用于聚变领域中的高温等离子体的诊断过程，另一个是用于在天体物理领域中的核合成过程及轻核素丰度(特别是~4He核)的研究。 另外，核武器中的氢弹的爆炸过程，也是包括D(d，γ)~4He反应的轻核聚变过程，因此，通过对聚变高能γ射线的测量，可以对核暴测试中的氢弹部分产额进行诊断。 由于低能D(d，γ)~4He聚变反应的截面非常低，所发射的23.8 MeV的高能γ射线的几率很小，而其伴随反应D(d，n)~3He发射的中子强度比高能γ射线大10~7倍，所以测量要在很强的中子本底下进行。同时宇宙线本底对23.8 MeV的高能γ射线的测量也有很大影响。因此，低能D(d，γ)~4He聚变反应的实验研究难度很大，要克服比较多的困难。 本文主要叙述了我们开展低能D(d，γ)~4He聚变反应研究的计划、进展，并着重介绍已经进行了的一个能量为300 keV的d束轰击厚d靶和薄d靶的实验工作，并以此为根据对将要进行的实验测量工作，提出研究具体的测量方案。同时也对更低能量测量时可能遇到的困难，进行先行探讨。 针对高能γ射线的产额低、本底大的情况。实验采用的探测系统是一个大的Anti-Compton NaI(Tl/) Plastic谱仪，以提高探测效率，并采用脉冲束飞行时间方法，以区分中子和γ射线，减小中子影响，同时也作为减小和扣除宇宙射线本底影响的方法。NaI(Tl)探测器的效率，独特地采用了包括全能峰、单逃逸峰和双逃逸峰在内的效率，并用Mont—Carlo(MCNP—4C)方法计算和实验测量相结合的方法确定。在计算23.8MeV的高能γ峰面积时，采用了创新的本底拟合扣除法。 实验进行了能量为300 keY的d束轰击厚d靶和薄d靶两种情况的测量，实验结果为对厚靶Γ_(ddγ)／Γ_(ddp)=(1.064±0.266)×10~(-7)，对薄靶Γ_(ddγ)，／Γ_(ddp)=(1.104±0.276)×10~(-7)，反应截面分别为2.47 nb和4.36 nb。低能薄靶的测量结果，至今没有在公开发表的文章中见到。