Der Photoneutronen-Reaktionsquerschnitt ist ein Schlüsselparameter in der Kernphysik, der nuklearen Astrophysik und nukleartechnischen Anwendungen. Seit den 1960er Jahren bestehen weiterhin systematische Diskrepanzen zwischen Daten, die vom Lawrence Livermore National Laboratory in den Vereinigten Staaten und dem Saclay Nuclear Research Center in Frankreich mithilfe von Positronenflugvernichtungs-Gammaquellen gemessen wurden. Trotz mehrfacher experimenteller Auswertungen konnten diese Diskrepanzen nicht vollständig behoben werden, was eine erneute Messung und Neubewertung erforderlich machte.
Die Shanghai Laser Electron Gamma Source (SLEGS) ist die weltweit erste Gammastrahlungsstrahllinie unter 22 MeV, die auf der Laser-Compton-Streuung mit schrägem Einfallsmodus basiert und als Teil der zweiten Phase der Shanghai Synchrotron Radiation Facility errichtet wurde. Durch die Anpassung des Wechselwirkungswinkels zwischen Laser und Elektronenstrahl im Speicherring der Shanghai Synchrotron Radiation Facility erzeugt SLEGS quasi-monochromatische Gammastrahlen mit kontinuierlich einstellbaren Energien im Bereich von 0,66 MeV bis 21,7 MeV. SLEGS ist seit 2023 in Betrieb und bietet eine Energieauflösung von 5 % bis 15 % und einen hohen Fluss von 105bis 107Photonen/s und bietet eine fortschrittliche experimentelle Plattform für die Erforschung photonuklearer Reaktionen. Das Laser-Gamma-Forschungsteam hat die ( , 1n) Photoneutronen-Reaktionsquerschnitte von gemessen197Au und159Tb, Validierung der SLEGS-spezifischen Methodik zur Photoneutronenquerschnittsmessung. Diese Arbeit legt die Forschungsgrundlage und liefert experimentelle Bedingungen für die Lösung systematischer Diskrepanzen in photonuklearen Daten.
Kürzlich nutzte eine Zusammenarbeit zwischen dem Shanghai Advanced Research Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dem Shanghai Institute of Applied Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Fudan-Universität den von SLEGS erzeugten quasi-monochromatischen Gammastrahl, um die Photoneutronenquerschnitte von zu messen197Au und159Tb unter Verwendung eines selbst-entwickelten Flat Efficiency Neutron Detector Array (FED-Detektor).
Das Experiment rekonstruierte das einfallende Gammaspektrum mithilfe einer direkten Entfaltungsmethode und verwendete eine Verhältnistechnik, um die durchschnittliche Neutronenenergie und die Detektoreffizienz abzuleiten. Monoenergetische Querschnittsdaten wurden mit der Oslo-Methode ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die SLEGS-Daten mit Messungen der Laser-Compton-Streu-Gammaquelle in der japanischen NewSUBARU-Anlage übereinstimmen und die Daten der Positronenflug-Vernichtungs-Gammaquellen übertreffen, die vom Lawrence Livermore National Laboratory und dem Saclay Nuclear Research Center verwendet werden. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der SLEGS-Anlage und ihrer Messmethodik bestätigt und die Grundlage für die künftige Lösung von Datendiskrepanzen für andere Nuklide gelegt.
Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden im Science Bulletin veröffentlicht. Die Studie wurde unter anderem vom National Key R&D Program of China und der National Natural Science Foundation of China unterstützt.