擴(kuò)展型長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)及開發(fā)研究.pdf

1、長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器具有較好的平坦中子注量能量響應(yīng)，它作為一個(gè)中子計(jì)量傳遞儀表被廣泛應(yīng)用到各個(gè)中子輻射場(chǎng)的中子注量率監(jiān)測(cè)。長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器的探頭是由慢化體和熱中了靈敏的3He或BF3計(jì)數(shù)器組成，它具有探測(cè)效率高，抗Υ射線能力強(qiáng)和測(cè)量長(zhǎng)期穩(wěn)定的特點(diǎn)。現(xiàn)行的長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器在入射中子能量高于5MeV時(shí)，探測(cè)器的注量能量響應(yīng)快速下降，主要是由于3He的(n，p)核反應(yīng)截面或BF3的(n，α)核反應(yīng)截面隨著能量的增加而下降引起的。這樣導(dǎo)致長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器不適用于能

2、量大于幾個(gè)MeV的輻射場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。另外一個(gè)問題是如果采用的慢化體太大，當(dāng)重量超過50kg時(shí)就不便于攜帶。
　　本論文針對(duì)以上的問題，研究的目的是改善高能中子的能量響應(yīng)函數(shù)，并且考慮長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器具有可攜帶性。為了改善探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)，基于原始的設(shè)計(jì)，做了幾種研究變化，即采用了中子能量補(bǔ)償技術(shù)，解決高能響應(yīng)不理想的問題，設(shè)計(jì)了三種類型的長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器。
　　其一是設(shè)計(jì)了一種拓寬高能中子應(yīng)用范圍的長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器，即拓寬型長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器。該

3、技術(shù)是在慢化體襯有Pb和Cr金屬材料，基于金屬(n，xn)的增值核反應(yīng)，提高高能中子的響應(yīng)，對(duì)低能中子在熱中子計(jì)數(shù)器前襯有小塊圓柱形聚乙烯材料，使中子能量在幾個(gè)keV到150MeV范圍內(nèi)具有平坦的響應(yīng)函數(shù)，拓寬型長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器可以應(yīng)用到高能中子源的中子注量測(cè)量。
　　其二是設(shè)計(jì)了一個(gè)小型長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器，即在慢化體內(nèi)插入1.5cm厚的Cr層，探頭的慢化體可以縮小到Φ15×35cm，但中子能量范圍縮減在幾個(gè)keV到20MeV內(nèi)具有平坦的響

4、應(yīng)函數(shù)，這樣探測(cè)頭設(shè)計(jì)具有可攜帶性。
　　其三是設(shè)計(jì)了一個(gè)改善型長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器，即在慢化體內(nèi)插入W材料，中子能量在幾個(gè)keV到20MeV范圍內(nèi)具有平坦的響應(yīng)函數(shù)。為了掌握探頭的角響應(yīng)，分別計(jì)算了入射能量為1keV、1MeV和14MeV角響應(yīng)影響，結(jié)果表明，散射對(duì)長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器影響不大。
　　為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，基于以上的三種研究成果，以拓寬型長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器為基礎(chǔ)，研制了一款稱之為FDS-LC的長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器采用的是BF3

5、正比計(jì)數(shù)管，通過實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性小于7.8％。FDS-LC將作為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量傳遞儀表，用于HINEG的注量率或源強(qiáng)監(jiān)測(cè)。本論文的創(chuàng)新性歸納起來如下:
　　(1)在理解長(zhǎng)中子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理基礎(chǔ)上，對(duì)中子注量能量補(bǔ)償性原理進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，根據(jù)高原子序數(shù)材料的(n，xn)反應(yīng)閾值不同，提出了采用多種高原子序數(shù)材料組合式探頭設(shè)計(jì)，以適用于不同中子參考輻射場(chǎng)的測(cè)量需求。
　　(2)重點(diǎn)研究了以W、Pb和