脈沖高度權(quán)重技術(shù)測(cè)量197Au中子俘獲截面

李鑫祥 劉龍祥 蔣 偉 任 杰 王宏偉,3 范功濤 曹喜光,3胡新榮 張 岳 王俊文 郝子銳 姜 炳 王小鶴 胡繼峰王金成 王德鑫 張?zhí)K雅拉吐 劉應(yīng)都 麻 旭 馬春旺0 王玉廷0安振東, 何健軍2 蘇 俊2 張立勇2

1（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）

2（中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

3（中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院 上海 201210）

4（中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所 北京 100049）

5（中國(guó)散裂中子源科學(xué)中心 東莞 523803）

6（中國(guó)原子能科學(xué)研究院 北京 102413）

7（上?？萍即髮W(xué) 上海 201210）

8（內(nèi)蒙古民族大學(xué)核物理研究所 通遼 028000）

9（湘潭大學(xué) 湘潭 411105）

10（河南師范大學(xué) 新鄉(xiāng) 453007）

11（中山大學(xué) 珠海 519082）

12（北京師范大學(xué) 北京 100875）

白光中子源是指中子的能譜覆蓋范圍很寬（meV～MeV，甚至GeV能量）的中子源，高強(qiáng)度、窄脈沖的白光中子源是國(guó)際上開(kāi)展中子物理研究，尤其是中子散射分析、核數(shù)據(jù)測(cè)量的最重要實(shí)驗(yàn)裝置之一［1］。國(guó)際上已建立了多種形式的白光中子源，如美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（OREL）、比利時(shí)JRC/IRMM實(shí)驗(yàn)室的GELINA裝置基于電子束的白光中子源，以及美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家試驗(yàn)室（LANL）、歐洲核子研究組織（CERN）等基于高能質(zhì)子束的白光中子源，白光中子源具有中子源強(qiáng)度大和中子能區(qū)廣等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)際上有英國(guó)ISIS、美國(guó)SNS、日本J-PARC和中國(guó)散裂中子源（China Spallation Neutron Source，CSNS）等4大脈沖型散裂中子源裝置。中國(guó)散裂中子源CSNS是我國(guó)第一臺(tái)散裂中子源，主要用于中子散射方面的實(shí)驗(yàn)研究［2-5］，它的建成為我國(guó)材科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、資源環(huán)境和新能源等提供一個(gè)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的科研平臺(tái)［6-7］。CSNS反角白光中子源［8］（Back-n），是建造于CSNS質(zhì)子注入束線反角方向的一條白光中子源靶站。Back-n目前最大中子飛行距離約為80 m，提供的中子能量范圍為0.5 eV～200 MeV左右，在Back-n實(shí)驗(yàn)站中子通量可達(dá)107cm-2?s-1。當(dāng)質(zhì)子加速器以單束團(tuán)模式工作時(shí)，在1eV～1MeV能區(qū)，距散裂靶80 m處的中子時(shí)間分辨率約為0.8%［9-10］。Back-n可開(kāi)展核數(shù)據(jù)測(cè)量和中子源的應(yīng)用研究，包括中子全截面、中子俘獲截面、中子帶電粒子截面、中子裂變截面測(cè)量，以及中子積分實(shí)驗(yàn)、中子探測(cè)器標(biāo)定和中子輻照效應(yīng)等研究［11］。

中子俘獲反應(yīng)（n，γ）是中子核反應(yīng)的重要組成部分，中子俘獲截面在核能、核技術(shù)以及核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在核天體物理大爆炸后的宇宙重元素演化過(guò)程中，中子俘獲反應(yīng)在一些質(zhì)量數(shù)較大同位素的快中子俘獲過(guò)程（r-process）與慢中子俘獲過(guò)程（s-process）中起到重要的作用［12-14］，決定了重元素的核合成路徑和豐度值。同時(shí)中子俘獲反應(yīng)截面是核反應(yīng)理論、核工程設(shè)計(jì)與核技術(shù)應(yīng)用的重要參數(shù)之一［15］，是中子評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)中最重要的一類截面數(shù)據(jù)。隨著核技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，中子俘獲截面的數(shù)量和質(zhì)量的需求也越來(lái)越高。中子俘獲截面的測(cè)量探測(cè)器有全吸收探測(cè)器與全能量γ探測(cè)器［16］，如BaF2、BGO、CsI陣列探測(cè)器，以及C6D6探測(cè)器（氘化苯探測(cè)器）等。由于C6D6探測(cè)系統(tǒng)具有探測(cè)器使用數(shù)量少、布局簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)分析快捷等特點(diǎn)，因此在很多白光中子源裝置上采用C6D6探測(cè)器來(lái)測(cè)量中子俘獲截面［17-20］。

本文利用中國(guó)散裂中子源（CSNS）的反角白光中子源（Back-n）靶站開(kāi)展了金靶（197Au）中子俘獲截面刻度測(cè)量，其中天然碳靶（natC）和空靶作為實(shí)驗(yàn)本底扣除使用。基于中國(guó)原子能科學(xué)研究院的C6D6探測(cè)系統(tǒng)［21］，研究了中子俘獲截面的數(shù)據(jù)處理方法，利用Geant4蒙特卡羅程序模擬計(jì)算了不同靶厚和材料的脈沖高度權(quán)重函數(shù)，計(jì)算了金靶（197Au）的中子俘獲截面。與數(shù)據(jù)庫(kù)ENDF/B-VIII.0中的最新評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，檢驗(yàn)和確認(rèn)了這一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法和模擬計(jì)算程序的可靠性。為基于C6D6探測(cè)器的白光中子俘獲截面的數(shù)據(jù)處理提供了標(biāo)準(zhǔn)的處理方法和分析程序，并對(duì)未來(lái)在Back-n上開(kāi)展更多精細(xì)的中子俘獲截面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理提供了參考和經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)布局

第一次實(shí)驗(yàn)于2019年1月完成，在質(zhì)子束功率30 kW，重復(fù)頻率25 Hz，質(zhì)子束通量約為1012s-1條件下進(jìn)行測(cè)量，金靶（197Au）和碳靶（natC）尺寸均為?50mm×1mm。第二次實(shí)驗(yàn)于2019年4月完成，質(zhì)子束流條件為50 kW、25 Hz，采用?30mm×1mm的金靶和?50mm×1mm的碳靶進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。C6D6探測(cè)器直徑12.7 cm，厚度7.62 cm，配備12.7 cm ETEL 9390KEB光電倍增管，探測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖1所示[22]，由于C6D6對(duì)樣品靶散射出來(lái)的中子幾乎不敏感，其可作為理想的中子俘獲γ射線測(cè)量探測(cè)器。

圖1 C6D6探測(cè)器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of C6D6detector(digested from Eljen's website)

按照?qǐng)D2（a）所示的探測(cè)器布局進(jìn)行擺放，左右端面相距14.87 cm，探頭部分上下相距17.18 cm。將探測(cè)器向靶方向旋轉(zhuǎn)90°，得到位置如圖2（b）所示，測(cè)得探頭尾部平面與靶相距7.3 cm。確定位置參數(shù)后，在圖2（a）的基礎(chǔ)上將探測(cè)器向靶的方向進(jìn)行X方向12°以及Y方向20°的旋轉(zhuǎn)，得到如圖2（c～d）所示的布局?？紤]到C6D6是為探測(cè)靶與中子反應(yīng)后的γ射線，為了盡可能避免靶上散射和中子捕集器透射中子的本底影響，因此采用這種后向角偏轉(zhuǎn)的探測(cè)器布局。

圖2 探測(cè)器相對(duì)位置和布局Fig.2 Relative positions and layout of the detectors

2 脈沖高度權(quán)重函數(shù)計(jì)算

脈沖高度權(quán)重技術(shù)（Pulse Height Weighting Techniques，PHWT）最初由Macklin與Gibbons應(yīng)用在C6F6探測(cè)器測(cè)量中子俘獲截面上［23］，后來(lái)發(fā)現(xiàn)C6D6具有更好的中子不靈敏特性，C6D6探測(cè)系統(tǒng)對(duì)γ的探測(cè)效率足夠低，以致于對(duì)于一次中子俘獲反應(yīng)，最多只探測(cè)到級(jí)聯(lián)發(fā)射中的一條γ射線。針對(duì)俘獲反應(yīng)的探測(cè)效率近似于對(duì)于該俘獲反應(yīng)的級(jí)聯(lián)γ探測(cè)效率之和：

式中：εc為俘獲反應(yīng)的探測(cè)效率；εγi為第i條級(jí)聯(lián)γ射線的探測(cè)效率并且足夠小。當(dāng)式（1）中γ的探測(cè)效率εγ與γ能量Eγ成正比時(shí)，即：

則式（1）可變?yōu)椋?/p>

為使式（3）成立，需要對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)控制以實(shí)現(xiàn)式（2）的關(guān)系。定義一個(gè)加權(quán)函數(shù)W(Ed)，使得式（4）成立：

式中：Rd表示加入了能量響應(yīng)函數(shù)的脈沖高度（Pulse Height，PH）譜在Ed的計(jì)數(shù)；W(Ed)為Ed對(duì)應(yīng)的脈沖高度權(quán)重函數(shù)。這便是脈沖高度權(quán)重技術(shù)。根據(jù)PHWT方法的原理［24］，在低能區(qū)加權(quán)后的俘獲截面反應(yīng)產(chǎn)額Yw滿足以下關(guān)系：

中子俘獲截面與反應(yīng)產(chǎn)額有如下關(guān)系：

式中：Yw為加權(quán)后的中子俘獲產(chǎn)額；σc為靶核的中子俘獲截面；Nw為加權(quán)后的脈沖高度譜計(jì)數(shù)；Ns為靶核的面密度；Sn為靶核的中子結(jié)合能；I為中子注量率；N為靶核的原子密度；σt(E)為不同中子能量下靶核的反應(yīng)總截面；σc(E)為不同中子能量下靶核的俘獲截面；t為靶核的厚度。由于中子在靶內(nèi)多次散射可能導(dǎo)致中子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度將大于靶的厚度，引入厚度修正因子fc，因此未知靶核的中子俘獲截面為：

式中：Ns、Sn、N可根據(jù)靶核參數(shù)直接計(jì)算；中子注量率I由CSNS質(zhì)子束流參數(shù)或者Back-n的中子監(jiān)測(cè)探測(cè)器——Li-Si探測(cè)器［25］測(cè)量數(shù)據(jù)提供；σt(E)可從ENDF數(shù)據(jù)庫(kù)中得到，為計(jì)算式中的Nw，需要先對(duì)實(shí)驗(yàn)的脈沖高度譜（PH譜）按照每個(gè)能量箱進(jìn)行累加，并且扣除本底。圖3展示了實(shí)驗(yàn)樣品金靶，空靶以及碳靶PH譜在每個(gè)能量箱的總計(jì)數(shù)。

圖3 金靶、空靶和碳靶計(jì)數(shù)（歸一到單位中子注量率下計(jì)數(shù)）Fig.3 Counting spectrum of197Au target,empty target and the Carbon target(normalized to the neutron flux rate)

歸一到相同的中子注量之后，分別扣除空靶與彈性散射本底，記扣完本底的PH譜的計(jì)數(shù)為N1，則式（7）中的Nw可由式（8）計(jì)算得出：

式中：Nw為加權(quán)后的PH譜計(jì)數(shù)；N1為實(shí)驗(yàn)中扣除本底的PH譜計(jì)數(shù)；W為權(quán)重函數(shù)；Nsample為樣品的計(jì)數(shù)；NBkg為空靶計(jì)數(shù)；Nc為碳靶計(jì)數(shù)；η與樣品單位面積的靶核數(shù)和樣品的彈性散射截面的乘積成正比。

CSNS反角白光中子源采用的C6D6探測(cè)器系統(tǒng)屬于總能量型俘獲截面探測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于理想的俘獲截面探測(cè)系統(tǒng)，有三個(gè)必要條件［26］：1）系統(tǒng)的探測(cè)效率與級(jí)聯(lián)γ的退激路徑、級(jí)聯(lián)γ的多重性、級(jí)聯(lián)γ的能量無(wú)關(guān)；2）探測(cè)系統(tǒng)對(duì)中子的靈敏度較低；3）探測(cè)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)較好。其中2）和3）為探測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就考慮的條件，已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，我們需要利用模擬計(jì)算給出1）的探測(cè)器效率和級(jí)聯(lián)γ多重性和能量的無(wú)關(guān)性。

C6D6探測(cè)器的效率與γ能量呈非線性關(guān)系，利用式（8）定義權(quán)重函數(shù)使加權(quán)后探測(cè)器能量響應(yīng)函數(shù)的積分值與γ能量成正比。通常采用最小二乘法擬合得到權(quán)重函數(shù)，如式（9）：

式中：Wi為Ei對(duì)應(yīng)的權(quán)重函數(shù)；Rji表示加入能量響應(yīng)函數(shù)的PH譜在Ei的計(jì)數(shù)；Eγ表示第j組γ射線的能量，為使探測(cè)效率與γ射線的能量呈正比，擬合系數(shù)α取1。

采用Geant4蒙特卡羅程序［27］模擬了不同能量的單能γ射線在C6D6探測(cè)器中的能量沉積，其幾何構(gòu)型與布局如圖2所示。得到效率曲線如圖4（a）所示。通過(guò)式（9）擬合得到權(quán)重函數(shù)，將權(quán)重函數(shù)加權(quán)到效率譜上，可得探測(cè)效率與能量的關(guān)系近似為線性（圖4（b）），即效率與能量之比近似為1（圖4（c））。得到權(quán)重函數(shù)并驗(yàn)證無(wú)誤之后，使用權(quán)重函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)PH譜進(jìn)行加權(quán)，可以計(jì)算出式（7）中Nw。

圖4 C6D6效率曲線（a），加權(quán)探測(cè)效率（b），加權(quán)效率與能量之比（c）Fig.4 C6D6efficiency curve(a),weighted detection efficiency(b),the weighted efficiency to energy ratio(c)

通過(guò)反角白光中子源（Back-n）Li-Si監(jiān)測(cè)探頭的計(jì)數(shù)，并結(jié)合CSNS提供的中子能譜信息，確定式（7）中的中子注量率I，由于提供的中子能譜數(shù)據(jù)點(diǎn)太少，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)劃分的能量箱對(duì)中子能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，以獲得與Nw所對(duì)應(yīng)的中子注量率I（見(jiàn)圖5）。

根據(jù)式（6），計(jì)算其它待求常數(shù)結(jié)果為：金靶核的中子結(jié)合能Sn=6.5124MeV；靶核的面密度Ns=0.386g?cm-3；靶核的原子密度N=0.0981?NA?cm-3。

最后，考慮到靶內(nèi)中子多次散射等效應(yīng)可能導(dǎo)致粒子在靶中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際路徑將大于靶的厚度［28］，引入了厚度修正修正因子fc，具體的計(jì)算方法如下：通過(guò)Geant4模擬不同能量的中子在靶中的運(yùn)動(dòng)路徑，將平均路徑長(zhǎng)度與靶的厚度作比，即得fc：

圖5 中子能譜插值Fig.5 Neutron spectrum with interpolation

式中：fL為模擬的中子在靶內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總長(zhǎng)度；t為靶厚。fc值反應(yīng)了在一定厚度的金靶中，不同能量中子的平均路徑長(zhǎng)度隨中子能量的變化。由圖6可以看到，fc值隨中子能量變化總體上趨于平穩(wěn)，在1～10 eV處存在明顯下降，這是由于在該能段，金對(duì)中子的吸收截面顯著升高而導(dǎo)致的。在10 eV～10 keV能區(qū)，由于金對(duì)中子的吸收和散射截面在此處存在共振結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致fc值曲線在這一能區(qū)不夠平坦和光滑。

圖6 不同入射中子能量下的fc值Fig.6 fcvalue in different incident neutron energy

3 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)量金靶（197Au）的標(biāo)準(zhǔn)中子俘獲截面，檢驗(yàn)和刻度本次實(shí)驗(yàn)的C6D6探測(cè)器布局，驗(yàn)證脈沖高度權(quán)重技術(shù)處理中子俘獲截面的方法在CSNS上應(yīng)用的可靠性，發(fā)展一種CSNS反角白光中子源通用的中子俘獲截面測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法，也將為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量提供一些實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理中的經(jīng)驗(yàn)作為參考，其中天然碳靶（natC）用來(lái)作為樣品靶引起的散射中子本底扣除，空靶用來(lái)作為透射中子本底的扣除。

如前所述，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了兩次，分別采用了?50mm ×1mm Au+?50mm ×1mm C與?30mm ×1mm Au+?50mm×1mm C。使用脈沖高度權(quán)重技術(shù)（Pulse Height Weighting Technique，PHWT）對(duì)兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果與ENDF/BVIII.0的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)［29］進(jìn)行了比對(duì)。將中子能量從1×10-8MeV到1×10-1MeV的能區(qū)分為1 150個(gè)能量箱，按照式（4）計(jì)算中子俘獲產(chǎn)額并填充到能量箱中。圖7展示了評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中子俘獲產(chǎn)額的對(duì)比，其中黑色實(shí)線表示由ENDF/B-VIII.0中的截面數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)式（5）計(jì)算得到的中子產(chǎn)額，兩種圓點(diǎn)數(shù)據(jù)分別表示計(jì)算了統(tǒng)計(jì)誤差的?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C的俘獲產(chǎn)額和計(jì)算了統(tǒng) 計(jì) 誤 差 的 ?30mm×1mm Au+?50mm×1mm C的俘獲產(chǎn)額?？梢?jiàn)具體到共振峰的位置，實(shí)驗(yàn)處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)密度是可以提高的，這意味著要深入分析共振峰的結(jié)構(gòu)和組成，可以進(jìn)一步提高能量箱劃分。

圖7 金靶中子俘獲產(chǎn)額測(cè)量值與評(píng)價(jià)值的比較Fig.7 Comparison between neutron capture yield measurements ofAu target and data of ENDF/B-VIII.0

按照式（7）計(jì)算了兩次實(shí)驗(yàn)的金靶中子俘獲截面，并與統(tǒng)一到能量箱中的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整體的比較，得到結(jié)果如圖8所示。圖8（a）中線狀曲線表示ENDF/B-VIII.0的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，兩種點(diǎn)狀曲線分別為?30mm×1mm Au+?50mm×1mm C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C的測(cè)量結(jié)果。圖8（b）為兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差，兩種曲線分別為?30mm×1mm Au+?50mm×1mm C 的 精 度 曲 線 和 ?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C的相對(duì)誤差。

可以看到，在10 eV以下能區(qū)，兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)符合得較好，?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C在該能區(qū)的峰值附近的測(cè)量值與評(píng)價(jià)值偏差低至1%。在10～100 eV，?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C的精度曲線較為平穩(wěn)，峰值附近的測(cè)量值與評(píng)價(jià)值偏差低至1%。在0.1 keV～2 keV的共振能區(qū)，兩次實(shí)驗(yàn)中共振峰的位置與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)一致，并且對(duì)峰值的測(cè)量誤差明顯小于谷的誤差，值得注意的是，在該能區(qū)兩次實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差均有明顯的上升，我們認(rèn)為這是由于本底扣除不干凈導(dǎo)致測(cè)量的截面數(shù)據(jù)值提升，這里的本底主要是由靶散射中子和透射中子引起的，目前正在研究如何才能將這部分本底扣除的方法。在2 keV以上的能區(qū)，197Au中子俘獲截面的數(shù)據(jù)和最新版的ENDF/B-VIII.0評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)一致，這一能區(qū)截面數(shù)據(jù)比較平坦，沒(méi)有更多的共振峰貢獻(xiàn)，兩次實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差有明顯的降低，測(cè)量值與評(píng)價(jià)值的偏差普遍達(dá)到1%。

圖8 金靶中子俘獲截面測(cè)量值與評(píng)價(jià)值的比較(a)和測(cè)量值與評(píng)價(jià)值的相對(duì)誤差(b)Fig.8 Comparison of measureAu neutron capture crosssection and evaluated data of ENDF/B-VIII.0(a),relative error between measured value and evaluation data of ENDF/B-VIII.0(b)

對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在峰值附近的測(cè)量沒(méi)有太大區(qū)別，但是對(duì)于谷的測(cè)量，?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C的結(jié)果明顯優(yōu)于30mm×1mm Au+?50mm×1mm C的結(jié)果，與前者相比，在進(jìn)行?30mm×1mm Au+?50mm×1mm C的實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，質(zhì)子束功率要低于前者的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)197Au靶和natC靶的厚度相同但是直徑不同，197Au靶直徑偏小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明：會(huì)有更多的中子沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)靶而直接進(jìn)入到束流最后端的中子捕集器中，這部分透射中子引起的γ射線會(huì)導(dǎo)致較大的本底計(jì)數(shù)，而無(wú)法利用大直徑的natC靶扣除掉，因此使得谷底截面數(shù)據(jù)抬高，較大的偏離了評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。從整體上看，?50mm×1mm Au+?50mm×1mm C的相對(duì)誤差有明顯的降低，其在谷位置處測(cè)量精度得到了有效的改善，這說(shuō)明金靶和碳靶不一致的尺寸會(huì)帶來(lái)本底扣除的困難。

通過(guò)兩次金靶的截面數(shù)據(jù)分析，我們也可以看到在1～30 eV和102～2×103eV能區(qū)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與ENDF/B-VIII.0評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)還存在差距；1～30 eV能區(qū)主要是由于環(huán)境本底的帶來(lái)的誤差，也就是無(wú)束流γ本底；而102～2×103eV能區(qū)主要是在束γ帶來(lái)的誤差，這一部分的本底貢獻(xiàn)是由于質(zhì)子束轟擊散裂靶產(chǎn)生的γ射線帶來(lái)的，也就是在束γ本底，在CERN n_TOF是通過(guò)鉛靶來(lái)模擬扣除的，在這兩次測(cè)量中，沒(méi)有測(cè)量這兩部分本底來(lái)源，通過(guò)這兩次金靶實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)分析比較，也進(jìn)一步了解了在束γ本底的扣除在中子俘獲截面共振區(qū)的重要性，因此考慮能否通過(guò)鉛靶近似或者模擬計(jì)算等方法扣除；這兩部分能區(qū)的本底來(lái)源扣除不干凈而導(dǎo)致的截面誤差可以從圖7（b）中比較明顯的看出。

由于使用脈沖高度權(quán)重技術(shù)的方法測(cè)量中子俘獲截面是基于模擬的處理方法，因而對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬的詳細(xì)程度將會(huì)影響該方法的誤差；同時(shí)，正如前文所述，由于PHWT方法基于只探測(cè)到一條級(jí)聯(lián)γ射線的前提，然而探測(cè)到一條以上級(jí)聯(lián)發(fā)射的γ射線的可能性是不可忽略的，這種影響取決于探測(cè)器的探測(cè)效率，級(jí)聯(lián)的多樣性以及較小程度取決于級(jí)聯(lián)能量分布，已經(jīng)有研究工作指出這種影響帶來(lái)的系統(tǒng)誤差小于1%［30］；由于內(nèi)轉(zhuǎn)換電子的發(fā)射可能導(dǎo)致級(jí)聯(lián)γ計(jì)數(shù)減少，在模擬中使用了包含內(nèi)轉(zhuǎn)換過(guò)程的簡(jiǎn)化模型的級(jí)聯(lián)γ發(fā)射程序，這部分將帶來(lái)小于0.5%的系統(tǒng)誤差［31］。2002年，Tain等［32］通過(guò)比較的56Fe中1.15 keV共振峰的中子寬度PHWT處理結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出PHWT的系統(tǒng)誤差為2%～3%的結(jié)論。

利用C6D6測(cè)量白光中子源的中子俘獲截面，通過(guò)對(duì)金靶（197Au）標(biāo)準(zhǔn)截面的測(cè)量和分析，能夠明確的分析和估算實(shí)驗(yàn)中的本底來(lái)源，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)測(cè)量的可靠性。通過(guò)脈沖高度權(quán)重技術(shù)處理中子俘獲截面的方法，在CSNS反角白光中子源上采用C6D6探測(cè)器測(cè)量中子俘獲截面是可靠且有效的。但是隨著束流功率的提升、實(shí)驗(yàn)室探測(cè)器周邊環(huán)境的越來(lái)越復(fù)雜和實(shí)驗(yàn)采用同位素靶的越來(lái)越薄，大量透射中子進(jìn)入中子捕集器和靶上散射中子引起的γ本底會(huì)越來(lái)越難以扣除，同時(shí)束內(nèi)γ射線的扣除也還未能很好的解決。這些因素對(duì)于未來(lái)的低于100 mb的中子俘獲截面的測(cè)量帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)，還需要進(jìn)一步研究不同本底扣除方法和降低周邊環(huán)境的不利影響。通過(guò)兩次對(duì)金靶的刻度測(cè)量，我們對(duì)于在CSNS Back-n靶站上進(jìn)行中子俘獲截面測(cè)量實(shí)驗(yàn)，有以下經(jīng)驗(yàn)和建議：

1）實(shí)驗(yàn)選用的目標(biāo)靶與用于本底扣除的天然碳靶的尺寸（厚度和直徑）盡可能保持一致，否則會(huì)導(dǎo)致估計(jì)截面的大幅度抬升；實(shí)驗(yàn)必須測(cè)量一定時(shí)間的空靶數(shù)據(jù)，才能有效的扣除透射中子引起的本底貢獻(xiàn)，隨著同位素實(shí)驗(yàn)靶的采用，樣品厚度越來(lái)越薄，這種透射中子的本底影響會(huì)越來(lái)越高，扣除的困難也越來(lái)越大。

2）實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)源于樣品靶參數(shù)、中子能譜、環(huán)境因素、權(quán)重函數(shù)的計(jì)算等多個(gè)方面，利用金靶（197Au）的標(biāo)準(zhǔn)截面去確認(rèn)和檢驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)本底的來(lái)源和扣除比例，是有益的。同時(shí)也要考慮束內(nèi)γ、空氣散射中子、環(huán)境空曠度的誤差來(lái)源的扣除辦法，才能有效和全面地扣除本底的影響，提高中子俘獲截面的數(shù)據(jù)處理的可靠性，獲得高精度、低截面值的中子俘獲截面數(shù)據(jù)，為中子核技術(shù)的應(yīng)用提供高質(zhì)量的核數(shù)據(jù)。

綜上所述，在CSNS反角白光中子源（Back-n）上采用C6D6探測(cè)器和脈沖高度權(quán)重技術(shù)處理中子俘獲截面的方法是可行且有效的。

致謝感謝張桂林研究員對(duì)本工作的指導(dǎo)與督促，感謝CSNS和Back-n工作人員的值班和技術(shù)支持，感謝李光明先生、肖高亞女士、李欣雨女士對(duì)本工作的支持。