Chi-Nu实验的最终启示：核安全与反应堆设计的开创性数据

美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的Chi-Nu物理实验结果为加强核安全应用、了解临界安全和设计快中子能反应堆提供了前所未见的重要数据。Chi-Nu项目是一项测量中子诱发裂变所发射的中子能谱的长达数年的实验，最近完成了对铀-238、铀-235和钚-239这三种主要锕系元素最详细、最广泛的不确定性分析。

海梅-戈麦斯（JaimeGomez）（左）和基根-凯利（KeeganKelly）正在安装Chi-Nu实验，校准探测器的距离，并为裂变计数目标（中）安装气体管道。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室

洛斯阿拉莫斯国家实验室物理学家基根-凯利（KeeganKelly）说："核裂变和相关的核连锁反应在80多年前才被发现，实验人员仍在努力提供主要锕系元素裂变过程的全貌。在整个项目过程中，我们观察到了裂变过程的明显特征，而在许多情况下，这些特征在以前的任何实验中都从未被观察到过"。

洛斯阿拉莫斯团队对同位素铀-238的最后一项Chi-Nu研究最近发表在《物理评论C》杂志上。该实验测量了铀-238的瞬时裂变中子谱：诱发裂变的中子的能量--撞入原子核并使其分裂的中子--以及由此释放出的中子潜在的广泛能量分布（谱）。Chi-Nu实验的重点是"快速中子诱发"裂变，入射中子的能量高达数百万电子伏特，在这方面的测量通常很少。

物理学家基根-凯利（KeeganKelly）为Chi-Nu实验安装了一个裂变计数靶，其中含有约100毫克的相关锕系元素。该装置包括54个液体闪烁中子探测器和22个锂玻璃探测器，用于测量不同能量范围的中子。资料来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室

裂变相关工作的重要数据

与对铀-235和钚-239进行的类似测量一样，Chi-Nu实验的结果现在在许多情况下是指导现代评估瞬时裂变中子谱的主要实验数据来源。这些数据为核模型、蒙特卡罗计算、反应堆性能计算等提供了依据。

锕系元素及其可能发生的链式反应对核武器和能源反应堆非常重要。(锕系元素是指原子序数从89到103的15种元素，它们都具有放射性。）当一个原子核发生裂变或分裂时，会释放出几个中子，有可能引起邻近原子核的裂变，从而产生链式反应。链式反应中发生后续反应的概率取决于裂变中子的能量。

LANSCE的实验过程

Chi-Nu实验在洛斯阿拉莫斯中子科学中心（LANSCE）的武器中子研究设施中进行，它依赖于测试多个能量范围的精密仪器。LANSCE质子束击中钨靶，产生的中子沿着飞行路径飞向Chi-Nu设备。当这些中子击中铀-238同位素时，就会发生裂变事件，即铀-238核分裂，并被记录下来。然后，根据实验的能量范围，在液体闪烁体或锂玻璃探测器阵列中测量裂变事件发射出的中子，这两种探测器都会记录中子在探测器内引起的闪光。

未来的应用

研究人员继续勾勒锕系同位素的全貌。在核临界与安全计划资助的相邻工作中，Chi-Nu实验小组目前正在收集和分析有关钚240和铀233的数据。

随着实验科学办公室测量工作的结束，该团队正寻求将裂变中子测量所获得的技能和方法应用于一系列其他同位素的测量。他们还在努力转向测量中子散射反应发射的中子。在这些反应中，中子穿过材料，同时沉积能量。在测量发射的中子和伽马射线能量和角光谱的同时，还要测量反应发生的概率，通常称为中子散射截面。