“核-光转换”中子探测器的物理结构设计

摘要

论文选题针对裂变中子时间谱和总数测量的需求背景和目前n/γ混合辐射场中脉冲裂变中子测量所面临的技术困难，深入开展了用于脉冲中子测量的“核-光转换中子探测器”的研制，取得了有创新性的研究成果如下:
　　(1)在国内首次成功研制了一种新型的用于脉冲中子测量的“核-光转换中子探测器”。它不仅具有中子能量响应较为平坦、n/γ分辨较好等特点，而且探测器测量的动态范围大、响应时间快等优势。
　　(2)建立了完备的“核-光转换中子探测器”物理结构设计技术，掌握了探测器物理结构优化设计的方法，设计出的以235U作探测介质的“核-光转换中子探测器”可以在0.1MeV～14MeV能量区间使其中子灵敏度变化小于100％。
　　(3)对“核-光转换中子探测器”的主要物理特性参数进行了理论和实验研究，其研究成果如下:
　　(a)用Geant4程序，计算得到了探测器的中子、γ射线相对灵敏度，进而得到探测器的中子、γ甄别测量能力;
　　(b)用DPF装置DT中子源和强60Co的γ射线源分别对探测器的中子灵敏度(14MeV)和γ灵敏度(1.25MeV)进行标定，其结果检验了M.C模拟的准确性、并验证了设计“核-光转换中子探测器”的技术可靠性。
　　(c)采用M.C模拟获得穿出铀靶的裂变碎片的质量动能分布，进而评估探测器的响应时间，论证了探测器的快时间响应特性。
　　综上，通过论文研究工作，在国内首次成功研制了具有中子、γ甄别测量能力强、中子能量响应较为平坦、时间响应快、输出电流大等优点的”核-光转换中子探测器”，建立了探测器的物理结构优化设计技术和主要物理特性参数研究技术。论文研究工作成功研制出的“核-光转换中子探测器”及其相应的脉冲裂变中子测量技术具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 常用的快中子探测方法

1．2．1 核反冲法

1．2．2 核反应法

1．2．3 核裂变法

1．2．4 核活化法

1．3 n-γ甄别技术

1．4 论文的研究内容及意义

1．5 论文研究的具体内容、研究方法及技术路线

1．5．1 具体研究内容

1．5．2 研究方法

1．5．3 技术路线

第二章 探测器的物理结构设计

2．1 测量对象分析

2．1．1 裂变中子能谱

2．1．2 裂变伽马能谱

2．2 探测器的技术指标体系

2．3 物理结构设计总的原则、方法及步骤

2．3．1 总的设计原则

2．3．2 物理设计的工具

2．3．3 探测器物理设计的方法和步骤

2．4 有关的理论和定性分析

2．4．1 235U的裂变

2．4．2 腔体材料的选择

2．4．3 需要聚焦透镜

2．4．4 探测器输出信号引出方式

2．4．5 传输光纤

2．5 探测器物理设计的M．C模拟计算结果及讨论

2．5．1 235U材料厚度的分析

2．5．2 铀靶间距的分析

2．5．3 气体介质类型、腔体直径、气体压强的分析

2．6 规律关系讨论

2．7 小结

第三章 探测器的主要物理特性研究

3．1 DPF上中子灵敏度研究

3．1．1 探测器灵敏度的定义

3．1．2 中子灵敏度实验标定原理

3．1．3 实验布局

3．1．4 结果与讨论

3．2 强60Co上γ射线灵敏度的标定

3．2．1 实验原理

3．2．2 实验布局

3．2．3 辐射场监测

3．3 探测器裂变中子、γ灵敏度

3．4 探测器中子能量响应

3．5 探测器时问响应

3．6 小结

第四章 总结

致谢

参考文献

附表1 攻读硕士学位期间公开发表的科技论文

附表2 攻读硕士学位期间获奖项目