| 成果简介： |
课题来源与背景：该课题来源于广西自然科学基金项目(编号：2012GXNSFAA053008)。研究目的与意义：在保证能源安全的条件下，为了应对化石燃料的短缺以及对环境的保护，核能因其清洁性和高能量密度而在上个世纪末期得到巨大的发展，但由此也产生对核反应堆卸下的乏燃料进行有效管理的问题。乏燃料包含着95%以上的废料核238U和少量易裂变的燃料核239Pu、235U、233U，以及一些高放射性核废料核素。这些高放射性毒素若以自然衰变的方式完成需要几百万年，很可能会因为地质的迁移而进入生物圈危害环境及人类。因此必须对乏燃料进行后处理。由于乏燃料包含大量的238U核(含量占95％以上)，故对乏燃料进行后处理要尽可能精确地掌握其核反应特点，特别是中子诱发其发生裂变反应后裂变产物等关键核数据的掌握。然而，用中子诱发238U裂变时涉及到许多核数据问题，其中最为关键核数据是中子诱发238U裂变碎片的质量分布。主要论点与论据：尽管Hahn等人发现铀核裂变至今已有70多年，研究裂变碎片质量分布的理论模型也有了很大的发展，但是至今仍没有一个基本的理论模型可以定量地预言裂变碎片的质量分布。国内外研究核裂变碎片质量分布的理论模型主要包括微观模型、动力学模型、5维位能面宏观微观模型以及系统学理论等。这些理论模型都存在着一些不足之处，如微观模型只适用于研究量子效应明显的激发能较低的核裂变反应。由于质量张量、耗散张量以及裂变位能曲面等仍是核裂变研究中的重大挑战因素，因此，动力学模型只适用于激发能较高时的裂变情况。5维位能面宏观微观模型虽然可以通过数值计算的方法比较详细地研究核裂变位能曲面，也已经计算出一些核裂变碎片的质量分布，但是要强烈地依赖大型计算机进行计算分析，且耗时量也大。系统学理论在研究裂变碎片质量分布时只是拟合现有实验数据，其独立参量难以给出相关的物理内涵，不便于进一步推广使用。鉴于此，该课题尝试着提出一套新的研究核裂变碎片质量分布的理论模型——改进的裂变扩散模型。通过详细地分析这一理论模型，重点给出能同时描述好裂变碎片质量分布的相关参数，并阐明各参数之间的内涵，为乏燃料的嬗变研究奠定理论基础。创见与创新：该工作基于裂变系统的驱动势，提出了描述中子诱发锕系核裂变的发射中子前碎片质量分布的唯象裂变势。理论计算结果能很好地重现反应238U(n,f)、237Np(n,f)、235U(n,f)、232Th(n,f)和239Pu(n,f)的发射中子前碎片质量分布的实验数据，同时还给出了这些反应在一些未测入射能点处的预言值。该项工作是该课题组首次在裂变领域所取得的重要成果，后继发表的一些工作都是该项工作的延续及扩展，并获得了2015年国家自然科学基金在裂变领域的资助。(相关论文：SUNXiao-Jun*,etal.,Phys.Rev.C,2012,85,014613.国际核心期刊，SCI收录，并获得了2014年“桂林市第四届自然科学优秀学术论文”一等奖)。该工作系统地研究了中子诱发238U裂变反应的发射中子前质量分布，并把入射能量扩展到60MeV。该工作利用了课题组提出来的裂变势模型，得到了质量分布峰、谷与入射能量之间的解析的依赖关系。同时，给出了裂变前蒸发中子数与入射能量之间的依赖关系。这些物理量与入射能量之间的依赖关系的获得，对合理描述裂变前质量分布具有重要的作用。在该基础上，利用该模型给出来的质量分布能很好符合所有的实验数据，并比国际上其他著名程序或理论模型给出的结果要好。同时，给出了可信度较高的理论预言。(SUNXiao-Jun*,etal.,ChinesePhysicsC,2015,39(1),014102.SCI收录)。在上述研究基础上，重点研究了232Th与238U截然不一样的特性，即其质量分布同时具有双峰结构及单峰结构。该工作给出来的质量分布能很好符合所有的实验数据，并比国际上其他著名程序或理论模型给出的结果要好。同时预言了从双峰向三峰、从三峰向单峰转化的大概入射能量。对于没有实验数据的能区，该工作也给出了可信度较高的理论预言。(SUNXiao-Jun*,etal.,Commun.Theor.Phys.,62(2014)711-716.SCI收录)。该项目组基于北京BeijingHI-13-AMS装置，采用了一些新的方法及技术，用加速器质谱仪测量了一些重裂变碎片产额，诸如79Se,93Zr,99Tc,107Pd,121mSn,126Sn,129I及151Sm等长寿命放射性核素。这些裂变核碎片的准确测量，对一些特殊核材料特性的掌握具有非常重要的参考价值，同时也为研究裂变机制丰富了实验数据。(HongtaoShen*,etal.,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchSectionB，2013，294：136-142.SCI收录)。存在的问题：关于原子核裂变的问题，不管是基础研究还是应用研究，是国内外仍热门及应用前景非常远大的领域，但也是一个极其困难、尚未完全了解的领域。该项目的完成，在一定程度上连冰山的一角都远未触及到，需要发更多的时间、人力、物力去研究，而且还是个长期的过程。希望相关部分能支持更多的科技工作者，投入更多的经费来支持对“原子核裂变领域”的研究。此外，以项目组负责人孙小军教授为第一、通讯作者的国外核心SCI文章PhysicalReviewC85,014613(2012)，以项目组骨干成员沈洪涛博士为第一作者的国外核心SCI文章NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchB294(2013)136–142，忘了添加该项目的基金编号，亦属于该项目的研究成果。特此说明。历年获奖情况：2012年获广西自然科学奖三等奖，获奖项目：核反应理论研究及核数据库的建立，授予单位：广西人民政府，获奖人：孙小军、张竞上、王宁、渠文静、侯培友。2013年获第十二届广西青年科技奖，授予单位：广西自治区组织部、广西自治区人力资源及社会保障厅、广西自治区科协，获奖人：孙小军。2013年获广西师范大学校级拔尖人才，授予单位：广西师范大学，获奖人：孙小军。2014年获广西高等学校优秀中青年骨干教师培养工程第二批培养对象，授予单位：广西自治区教育厅，获奖人：孙小军。2014年获“桂林市第四届自然科学优秀学术论文”一等奖，授予单位：桂林市科学技术协会，获奖人：孙小军，余呈刚，王宁。 |
