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中国散裂中子源反角白光中子源束内伽马射线研究
一、作者及发表信息
本研究由任杰、阮锡超、陈永浩、蒋伟、鲍杰（通信作者）等多名研究人员共同完成，研究团队来自中国原子能科学研究院、中国科学院高能物理研究所、散裂中子源科学中心等多个机构。该研究于2020年5月13日投稿，2020年5月31日收到修改稿，最终发表于《物理学报》（Acta Phys. Sin.）第69卷第17期，文章编号为172901。本研究得到了国家自然科学基金（批准号：11805282, 11790321）的资助。
二、学术背景
中国散裂中子源（CSNS）反角白光中子源（Back-n）是中国首个高通量、宽能区、脉冲化的白光中子源，主要用于核数据测量、基础物理实验和核技术应用。在基于白光中子源的中子核反应测量中，伴随中子束的伽马射线是重要的实验本底之一，尤其是在中子俘获反应截面测量实验中，部分能区的伽马本底占总计数的50%以上，严重影响了实验结果的精度。因此，开展束内伽马射线的研究对于提高实验数据的准确性至关重要。
本研究的主要目标是通过蒙特卡罗模拟和实验测量，研究Back-n束内伽马射线的能量分布和时间结构，为后续中子物理实验提供本底分析的依据。
三、研究流程
本研究分为蒙特卡罗模拟和实验测量两部分，具体流程如下：
蒙特卡罗模拟
使用Geant 4程序模拟1.6 GeV质子轰击散裂靶的过程，跟踪中子和伽马射线的产生和输运过程，记录从反角方向出射的伽马射线和中子的能量和时间信息。模拟中采用了ENDF/B-VII.1中子核反应数据库，并构建了散裂靶的详细几何模型，包括钨靶、钽包裹层、冷却水、不锈钢靶容器、液氢慢化体和Be-Fe中子反射层等。
模拟结果显示，束内伽马射线的能量分布在20 MeV以下，具有明显的特征伽马峰（如0.511 MeV和0.847 MeV）。时间结构分为两部分：质子打靶后300 ns内到达实验终端的瞬发伽马（G-flash）占总量的91.3%，之后2.0 ms内到达的连续伽马占总量的8.7%。
实验测量
实验测量分为直接测量法和间接测量法：
数据分析
通过Geant 4模拟得到的束内伽马射线时间结构与实验测量结果在12 µs—2.0 ms的时间区间内具有较好的一致性。模拟结果显示，当CSNS运行在100 kW时，Back-n终端2的束内伽马射线注量率约为1.21×10^6 s^–1·cm^–2。
四、主要结果
蒙特卡罗模拟结果
模拟得到了束内伽马射线的能量分布和时间结构。能量分布显示，束内伽马射线在20 MeV以下均有分布，并具有明显的特征伽马峰。时间结构显示，G-flash和连续伽马的产生机制不同，其能谱也存在差异。
实验测量结果
结果的一致性
实验测量结果与蒙特卡罗模拟结果在12 µs—2.0 ms的时间区间内具有较好的一致性，验证了模拟结果的可靠性。
五、结论
本研究通过蒙特卡罗模拟和实验测量，得到了Back-n实验终端2内的束内伽马射线的时间结构。研究结果为中子俘获反应截面测量实验提供了本底分析的依据，尤其是在1.0 eV—210 keV中子能区，能够定量确定束内伽马本底。此外，本研究还估算了束内伽马射线的注量率，为后续实验设计提供了重要参考。
六、研究亮点
重要发现
研究首次系统地测量了Back-n束内伽马射线的时间结构，并验证了蒙特卡罗模拟结果的可靠性。
方法创新
研究结合了直接测量法和间接测量法，克服了探测器在G-flash冲击下的饱和问题，成功测量了12 µs之后的束内伽马时间结构。
研究对象特殊性
Back-n是中国首个白光中子源，其束内伽马射线的研究对于提高核数据测量实验的准确性具有重要意义。
七、其他价值
本研究不仅为Back-n的中子物理实验提供了本底分析依据，还为其他白光中子源实验的伽马本底研究提供了方法参考。此外，研究中采用的蒙特卡罗模拟和实验测量方法，可为类似研究提供技术借鉴。
以上是基于文档内容生成的学术报告，详细介绍了研究的背景、流程、结果、结论及其科学价值。