Enhancement of gamma-ray yield from fast neutrons interaction with cadmium isotopes

Abstract

Purpose. This paper presents the results of investigation of γ-ray yield enhancement from natCd(n,xγ) reactions obtained in experiments with 14-MeV neutrons in comparison with theoretical spectrum calculated in Empire code. Methods. The experiment was carried out applying TOF-technique for n-γ discrimination. The MCNP simulation of the experiment was performed and the influence of scattered neutrons background at gamma-ray spectrum shape was estimated. Results. It was shown that despite TOF-technique thermal neutrons capture by 113Cd isotope gives considerable contribution to gamma-spectrum induced in natCd sample by primary DT-neutrons. The thermal neutron flux was determined to be nearly constant at different locations of experimental hall. Conclusions. For the correct measurements of the γ-production cross sections for cadmium samples the sufficient separation between primary neutrons and scattered ones must be provided.

В статье исследуется усиление гамма-выхода с ядерных реакций natCd(n,xγ) наблюдаемое в эксперименте с нейтронами с энергией 14 МэВ. Данное усиление отсутствует в теоретическом гамма-спектре, рассчитанном с помощью кода Empire. Эксперимент проводился с применением времяпролетной методики для n-γ дискриминации. Было проведено MCNP симуляцию эксперимента и оценено влияние фона от рассеянных нейтронов на форму гамма-спектра. Было показано, что несмотря на временную сепарацию событий, поглощение тепловых нейтронов изотопом 113Cd дает существенный вклад в гамма-спектр с реакций natCd(n,xγ), вызванных прямыми DT-нейтронами. С помощью MCNP моделирования был определен флюенс тепловых нейтронов, который оказался постоянным в разных точках экспериментального зала. Сделано вывод о необходимости дополнительного снижении фона и сепарации между прямыми и рассеянными нейтронами для корректного измерения сечений выхода гамма-квантов для образцов кадмия.

В статті досліджується підсилення гамма-виходу з ядерних реакцій natCd(n,xγ), що спостерігалося в експерименті з нейтронами з енергією 14-МеВ. Дане підсилення відсутнє в гамма-спектрі, розрахованому в коді Empire. Експеримент проводився із застосуванням чаоспрольотної методики вимірювань для n-γ дискримінації. Було проведено MCNP симуляцію експерименту і оцінено вплив фону від розсіяних нейтронів на форму гамма-спектру. Було показано, що незважаючи на часову сепарацію подій, захват теплових нейтронів ізотопом 113Cd дає суттєвий внесок в гамма-спектр з реакцій natCd(n,xγ), зумовлених прямими DT-нейтронами. За допомогою MCNP симуляції було визначено флюенс теплових нейтронів, який виявився сталим в різних точках експериментальної зали. Зроблено висновок, що для коректного вимірювання перерізів виходу гамма-квантів для зразків кадмію необхідно забезпечувати додаткову сепарацію між прямими та розсіяними нейтронами.