乏燃料与再生燃料中子无损检测关键核数据研究方面取得重要进展

中国科学院近代物理研究所先进核能中心高功率靶室研究团队，依托中国散裂中子源与上海同步辐射光源两大科学装置，分别在铑-103中子俘获反应截面与光核反应截面的高精度测量研究中取得重要进展。实验获得了高能量分辨、宽能区的截面数据，澄清了以往实验数据与国际主流评价库推荐值之间存在分歧的原因。相关研究成果于12月11日发表在《物理快报B》（Physics Letters B）上，为乏燃料与再生燃料中子无损检测中关键核素铑-103与钚-240等的精确定量分析，以及堆芯在线监测用铑自给能中子探测器的性能优化提供了关键核数据支撑。

近年来，美国爱达荷国家实验室与洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究表明，在乏燃料中子无损检测中，裂变产物铑-103在1.25 eV处的共振峰与钚-240在1.07 eV处的紧邻共振峰相互干扰，直接影响两者的核素定量精度。因此，亟需高精度的铑-103（n,γ）反应截面数据进行乏燃料燃耗计算，以确定铑-103浓度随燃耗深度的变化规律，进而实现不同堆型、不同批次乏燃料中钚-240成分的精确测定。

在我国自主研发的第三代大型先进压水反应堆“华龙一号”中，堆芯内布置了大量铑自给能中子探测器，用以三维实时在线中子监测。该探测器在受到中子辐照的同时,也受到堆内高强度γ射线影响产生噪声电流。高精度的铑-103（n,γ）与铑-103（γ,n）反应截面数据，对剔除探测器的噪声、提升探测精度至关重要。

在中子俘获反应研究方面，研究团队基于中国散裂中子源反角白光中子束线（CSNS Back-n），利用高纯度铑-103靶材开展了1eV-1MeV能区中子俘获反应截面的直接测量。实验结果表明，国际主要评价数据库ENDF/B-VIII.1，JEFF-3.3和JENDL-5中11.9 eV和33.0 eV处标注的共振能级并不存在。分析认为，上述数据库中的共振峰可能源于早期实验样品中铂族元素钯（¹⁰⁸Pd）与铂（¹⁹⁵Pt）杂质的贡献。此外，基于CSNS Back-n束流的高注量率和优异的飞行时间分辨能力，本次实验首次发现了铑-103的8个新共振峰，并利用R-矩阵程序SAMMY提取了相应的共振参数。

在光核反应测量方面，团队基于上海同步辐射光源激光伽马束线（SSRF SLEGS），采用氦-3正比计数管构成的平坦效率中子探测器阵列（FED），在入射伽马能量9.57 MeV-16.81 MeV范围内，完成了铑-103光核反应截面的测量，成功获取了2n阈值以内的高精度光中子反应截面数据。

目前，近代物理研究所正在建设国际首台兆瓦级加速器驱动次临界系统原理验证装置（CiADS），致力于发展核废料安全处理与处置的创新技术路线。本实验获取的高精度铑-103（n,γ）与铑-103（γ,n）关键核数据，将在乏燃料与再生燃料的中子无损检测领域发挥重要应用价值。

相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.140105