神龙一号装置光激中子源用于中子共振测温可行性研究

摘要

中子共振测温与传统的测温技术相比，具有很多优势。由于其短时间响应特性和中子的强穿透性，可用于冲击波温度测量。但国内尚无高强度的白光中子源，无人研究中子共振测温技术。为研究神龙一号装置用于中子共振测温的可行性，本文采用mc模拟软件fluka和mcnp5，做了如下一些工作:
　　第一、根据神龙一号装置加速的电子束流特性和采用的轫致辐射叠层钽靶，计算得到目前神龙一号装置的光中子产额为1.34×1011每电子脉冲(mcnp5)和1.55×1011每电子脉冲(fluka)，为连续谱分布，在0.1～1MeV间出现峰;脉冲宽度为85ns;在角度上基本呈各向同性分布。
　　第二、计算了不同材料的辐射靶在神龙一号装置电子束流特性下的中子产额，均在1012量级左右，得到天然铀和天然钍金属靶的中子产额大于其他材料，其中天然铀的产额最高。铀靶中子产额随厚度的增加而增加，在8cm左右趋于饱和，达7.47×1012每电子脉冲。
　　第三、计算铍、重水和石蜡三种慢化剂对光中子的慢化结果，得到慢化叠层钽靶产生的光中子，使1eV～100eV间的中子强度最大的慢化剂厚度分别为10～12cm、12～16cm和2～2.5cm，由慢化导致的脉冲时间展宽在次微秒到微秒两级，石蜡导致的脉冲时间展宽将比其他两种小一个数量级。对铀靶光中子的最佳慢化厚度为2.5～3cm。
　　第四、计算了叠层钽靶和7cm厚的铀靶产生的光中子经过最佳厚度的石蜡慢化后穿过1cm厚的钨片的透射谱，均可观测到182W的21.06eV共振峰。计算得到的离靶5m处的透射谱显示:叠层钽靶的透射谱在共振峰附近的计数为几到几十n*cm2*μ s-1，难在实验上测量出共振峰:铀靶的透射谱在共振峰附近的计数为5～6×102 n*cm-2*μ s-1，可以从实验上测量到共振峰。
　　第五、根据洛斯阿拉莫斯测量冲击温度的装置，计算神龙一号装置采用7cm的铀靶产生的光中子经过3cm的石蜡慢化后透过Mo样本的透射谱，可以观测到182W的21.06eV共振峰和其展宽的趋势，在距靶5m处的计数还高于洛斯阿拉莫斯的情形。
　　第六、为验证计算的结果，实验测量了神龙一号装置产生的光中子产额，计算结果显示产额约为1012个每电子脉冲，与计算结果基本符合。
　　根据以上的计算和实验的验证，证明神龙一号装置采用7cm的铀靶，加上最优的慢化，是可以用于中子共振测温的。

目录

声明

摘要

第一章、引言

第二章、神龙一号装置光中子特性模拟

2．1、蒙特卡罗方法介绍及模拟光中子的可行性研究

2．2、神龙一号光中子特性

2．2．1、计算模型与物理参数设置

2．2．2、神龙一号装置光中子产额

2．2．3、神龙一号装置光中子能谱

2．2．4、光中子脉冲特性

2．2．5、光中子角分布

2．2．6、轫致辐射本底特性

2．3、加速器大厅中子空间分布

第三章、神龙一号装置用于中子共振测温可行性初步研究

3．1、多材料光中子产额计算

3．1．1、单层靶与叠层靶的光中子产额比较

3．1．2、多种材料的光中子产额比较

3．1．3、铀靶光中子产额随厚度的变化

3．2、光中子慢化计算

3．2．1、中子慢化规律

3．2．2、钽靶光中子慢化计算及结果

3．2．3、铀靶光中子慢化计算与结果

3．3、中子透射谱计算

3．3．1、钽靶中子透射谱

3．3．2、铀靶中子透射谱

3．4、用于中子共振测温可行性分析

3．4．1、洛斯阿拉莫斯应用中子共振测温的装置及结果

3．4．2、对比计算模型

3．4．3、中子透射谱

3．4．4、时间道宽和慢化剂慢化时间的影响

3．4．5、从理论推导的中子注量简单分析

3．5、结论

第四章、神龙一号中子产额测量

4．1、活化法及等效率测量原理

4．1．1、活化法基本原理

4．1．2、等效率测量原理

4．2、探测器性能测量

4．2．1、坪特性测量

4．2．2、分辨时间测量

4．2．4、中子灵敏度测量

4．3、中子产额测量

4．3．1、灵敏度修正

4．3．2、测量计数及数据处理

第五章、总结与展望

致谢

参考文献

读研期间论文发表或接收情况