B4C_Al材料中子吸收性能检测设备研制

当前基于燃耗信任制的乏燃料密集贮存方式,对乏燃料水池格架中子吸收材料的可靠性和有效性,都提出了更高的要求。在格架材料生产和使用过程中需要对其中子吸收性能(硼含量)进行无损检测和监测,针对这两个方面的需求,我们研制了核电厂乏燃料水池格架B₄C_Al中子吸收材料检测设备。该检测设备主要由中子源(3枚252Cf放射源)、中子探测器(10个锂玻璃组成的探测阵列)、中子屏蔽准直和慢化系统等组成,通过测量中子透射率来推算待测样板上各个测量点的10B面密度,从而达到对于乏燃料水池贮存格架材料B₄C_Al合金硼含量的无损检测。使用该套设备进行了两种B₄C_Al合金20 cm×30 cm悬挂样片的检测,结果可靠。该B₄C_Al材料中子吸收性能检测设备为国内首创,推动了我国含硼中子吸收材料的无损检测研究,能为核电厂乏燃料水池的临界安全监测提供有力保障。     

高灵敏度的快中子照相系统

快中子照相系统由闪烁光纤阵列和科学级可见光CCD等元件组成. 14 MeVD-T聚变中子在穿透样品后进入50 mm×50 mm闪烁光纤阵列，中子辐射转换为中心波长496 nm的绿光. 光纤阵列长100 mm，光纤截面500 μm×500 μm，100×100根闪烁体光纤组成阵列. 阵列对14 MeV中子探测效率经估算可达21.4%. CCD与光纤阵列之间采用反射镜和透镜耦合方式，使CCD避开中子源直接辐照. 综合考虑光纤尺寸、CCD记录噪声及中子源与受照样品几何关系等因素，理论上系统可获得整体分辨率1.5 mm的中子图像. 在K400直流加速器中子源上进行了初步实验，获得了中子图像.     

RIBLL终端大面积中子探测器阵列研制方案的理论计算

介绍了一种用于丰中子核研究的RIBLL终端大面积中子探测器阵列的研制.利用Geant4软件包对该探测系统的中子探测效率、时间分辨和位置分布等进行了蒙特卡罗模拟,同时对探测器的cross?talk进行了研究.给出了探测器的设计方案.     

圆环孔阵列超材料对热释电太赫兹探测器性能影响关系研究

本文提出了新的基于圆环孔阵列超材料的钽酸锂热释电太赫兹探测器,以提高0.1—1 THz频段太赫兹波探测性能.仿真分析了内外径、周期、厚度等特征参数对圆环孔阵列超材料太赫兹波透射带宽及透射率的定量影响关系,阐明了圆环孔阵列超材料与热释电探测器的不同结合方式对探测器的带宽及噪声等效功率的作用机理;制备了两种圆环孔阵列超材料钽酸锂热释电太赫兹探测器;测试了圆环孔阵列超材料的透射特性和两类热释电探测器的噪声等效功率.结果表明,所制备的圆环孔阵列超材料在0.25—0.65 THz频段透射率大于40%,实现了带通滤波.当圆孔阵列超材料与热释电探测器保持足够间距时,在0.315 THz点频其噪声等效功率为11.29μW/Hz^0.5,是带通波段外0.1 THz噪声等效功率的6.3%,实现了带通探测;当圆环孔阵列超材料与热释电探测器贴合时,在0.315 THz点频其噪声等效功率为4.64μW/Hz^0.5,是无圆环孔阵列超材料探测器噪声等效功率的29.4%,实现了窄带探测.上述结论可用于生物成像、大分子探测等领域中特定太赫兹波段的带通与窄带探测.     

基于BF3正比管的宽量程脉冲中子探测技术

介绍了一种基于BF3正比计数管的宽量程脉冲中子探测技术。该技术采用多通道、组合式的BF3管阵列中子探测器组,以适应产额变化范围较宽的脉冲中子测试场合,并同时兼顾测量下限。基于该技术研制了一套BF3阵列中子探测系统并应用于脉冲中子源的测试,实验结果表明,该系统的脉冲中子测量范围可达5个数量级(56~8106),测量下限低、输出信号清晰,证明了该技术的可行性和有效性。     

HIRFL-CSR系统中RIBLLⅡ上中子墙设计的模拟计算

HIRFL-CSR系统中RIBLLⅡ外靶实验终端上的中子探测装置是用来开展放射性束物理以及利用放射性束开展非对称核物质性质等研究的一个重要的探测装置. 介绍了在RIBLLⅡ上计划建造的中子墙的探测原理以及基于Geant4对其所进行的蒙特卡罗模拟, 给出了中子墙的设计方案、优化的设计参数以及中子探测的性能指标.     

一种新的快中子探测器

美国新墨西哥州的Sandia 国家实验室的科学家们已经发明了一种新型快中子探测器。这种探测器是通过一步过程直接探测快中子。它可以用来监测由裂变堆和将来的聚变堆发射出的快中子。 中子的探测通常是困难的。因为中子不带电,故与物质的作用较弱。所以,大多数中子探测器都采用一种转换材料将中子转换成带电粒子,然后再探测这些带电粒子。 然而,Sandia 的快中子探测器所使用的材料,在受到中子轰击时,电阻会发生变化。因此,测量该材料的电阻的变化就可以探测中子。 这种探测器是由夹在金属电极之间的有机导体薄膜组成的。经密封后焊上电极,用…     

基于大功率LED的中子墙光刻度系统

光刻度系统是中子墙探测器系统的重要组成部分, 用于中子墙前端电子学的刻度和探测器工作性能变化的监测. 通过对基于发光二极管(LED)作为光源的中子墙光刻度系统方案开展了细致的测试研究, 确定了基于快脉冲驱动的大功率蓝光LED(3W)的中子墙光刻度系统方案, 对中子墙探测单元进行了初步刻度测试, 刻度结果能很好地满足光刻度要求, 表明对于快塑料闪烁体探测器该方案是一种较为理想的方案.     

中子扫描变象管的最小可探测脉冲中子产额

本文从噪音理论出发导出了中子扫描变象管的探测方程,从而求得了中子扫描变象管可探测的最小脉冲中子产额,而且讨论了记录系统灵敏度对探测阈的影响.中子扫描变象管的静态实验证实了聚乙烯加碘化铯组合中子阴极的可行性和理论分析的正确性.     

新型热中子敏感微通道板探测效率的蒙特-卡罗模拟研究

基于microchannel plates (MCP)的中子探测技术近年来发展迅速, 因其具有较高的空间分辨率和中子探测效率以及优异的时间分辨能力, 可用于高分辨率中子照相和能量选择中子成像. 本文利用蒙特-卡罗(MC)程序, 对栅格为15 μm的热中子敏感MCP板进行MC模拟计算, 获得了不同几何结构和材料组成情况下, 掺杂型和镀膜型热中子敏感MCP板的探测效率. 计算结果表明, 增加中子敏感材料的比例可以获得更高的中子阻挡效率, 但同时也加大了次级粒子发射进入MCP板通道的难度, 掺杂型MCP 板的通道直径和镀膜型MCP板的镀膜厚度均存在最优值. MCP板厚度为0.4 mm时, 对¹⁰B₂O₃材料, 掺杂型MCP板的热中子探测效率可以超过40%, 镀膜型MCP板的热中子探测效率可以接近60%.     

波前正交编码阵列被动测距系统

针对单孔径正交编码被动测距系统存在的工作距离与探测准确度的矛盾,建立一种由多个传感器构成的线性阵列正交编码测距系统.给出了线性阵列系统的结构,通过将各个传感器形成的编码图像求和,得出了阵列系统和单孔径系统的光学调制传递函数的关系,推导了两个传感器间最佳间距的数学表达式;分析了采用最小冗余线性阵列结构能够获得更多的独立空间响应和调制余弦项,给出了由多对传感器组合构成的阵列系统的阵列响应;利用费希尔信息矩阵分析了阵列系统距离估计的克莱姆-拉奥限.理论和模拟结果表明:采用阵列系统进行探测,能使调制传递函数中与距离有关的峰值的带通区域变窄,使距离估计的最小方差限减小,其探测准确度至少提高一倍.     

介质型脉冲高能中子探测器

首次报道一种基于反冲质子法和高速带电粒子在物质表面引起二次电子发射的高能中子探测方法,研制成功的新一代强流脉冲高能中子探测器,即介质型脉冲高能中子探测器.与传统的强流脉冲中子探测器相比,该探测器对中子的探测及信号的传输过程是在介质中完成的,因而不需要真空和高压也可以正常工作,并具有多项优异的物理性能.该探测器的输出信号来自于高能中子在聚乙烯转换靶产生的高能反冲质子和这些质子穿越电荷收集极表面时产生的部分二次电子.选择适当的卡阈吸收片和电荷收集极材料,二次电子在探测灵敏度中的份额及其随能量的变化可由实验测定.     

中子源有源法核查技术研究

用有源 (主动 )方法研究了贫化铀组合系统的中子诱发裂变缓发中子探测技术 .在不同屏蔽和组合等条件下测量和比较了贫化铀系统的缓发裂变中子分布 ,进一步研究了实验系统的可核查性 .探讨了区分核与非核系统的方法. The technique for detecting the delayed neutrons from neutron induced fission in uranium systems was studied by using an active method with 3He proportional counting tube array and a 14 MeV D T neutron source. Under the conditions of different shielding and combination, the distributions of delayed fission neutrons from depleted uranium systems were measured and the reliability of the systems was studied. The method to distinguish a nuclear system from a non nuclear one was discussed.     

高温超导线材在机敏材料中的研究

试探用高温超导 (HTSC)细线在机敏材料中 ,采用周期性对称与不对称刻纹多模组成的感应阵列网络 ,研究材料与结构的应力、应变等状态 ,探测或损失估计。采用人工神经网络技术处理其阵列感应信号     

介质型快中子探测器中子直照响应模拟研究

 介质型快中子探测器的中子直照响应对其设计和实际应用具有重要影响。利用Geant4编制Monte-Carlo模拟程序对此型探测器的中子直照响应进行了计算。模拟了探测器芯子常用材料在中子入射时带电重粒子的发射情况,发现电荷收集极、卡阈吸收片和后高压绝缘层材料的选择对中子直照响应特性有直接影响。在现有的以聚四氟乙烯为卡阈吸收片和后高压绝缘层材料的探测芯子中,直照响应给总的中子灵敏度带来约6%的贡献。提出了一种使用高电阻率石墨作为卡阈吸收片和后高压绝缘层材料的探测芯子的优化结构,可有效降低中子直照响应。     

基于哈特曼波前传感器的非制冷红外成像光学读出系统

提出了一种新的基于哈特曼波前传感器(SHWS)的光学读出系统.该系统利用SHWS探测焦平面阵列(FPA)单元在受热前后反射波前斜率的变化量重构被探测物体的红外辐射图像.在理论上详细讨论其成像性能后,实验获得了单元尺寸为60 μm×60 μm,阵列大小为34 pixel×38 pixel的高温物体红外图像,其噪声等效温度差(NETD)约为3.8 K.优化系统参数设计,可以提高哈特曼波前传感器对到达角的测量精度进而获得更小的噪声等效温度差.     

以中子作外源的假想核弹头主动探测

通过对不同入射能量的中子在假想的核弹头中的输运计算,分析了弹头中的裂变材料芯部的核裂变、各层对中子的吸收和(n,xn)反应以及出壳中子随角度的变化,论证了以外中子源(不随时间变化的外源)对弹头作主动探测的可行性.通过对14 1MeV脉冲中子源和产生的缓发中子在模型中的输运计算,分析了用脉冲外中子源产生的缓发中子探测核弹头的可行性.     

U形阵列式微机械悬臂梁的研究

为提高悬臂梁的分辨率，实现悬臂梁的多功能性，设计了一种U形阵列式压阻悬臂梁.从理论上对悬臂梁的应力、噪声和灵敏度进行分析，优化了悬臂梁及力敏电阻的几何尺寸.选用多晶硅为力敏材料，基于硅微机械加工技术，制备U形阵列式悬臂梁.测量悬臂梁的噪声及灵敏度，得到多晶硅力敏材料的Hooge因子和应变灵敏度系数，分别为3×10^-3和27.在6V偏压和1000Hz测量带宽条件下，计算悬臂梁的最小可探测位移为0.5nm.同时对多晶硅力敏电阻噪声的产生机理进行了探讨. 关键词： 悬臂梁 噪声 灵敏度 最小可探测位移     

一种新型的液闪阵列成像屏空间分辨特性

针对低强度射线成像,自主研制了一种像元为0.1 mm高探测效率的液闪阵列屏.为此,基于倾斜刀口边缘响应的测量原理,建立了理论模拟方法和实验研究方法,对该液闪阵列屏开展了空间分辨性能研究.通过理论模拟,给出了液闪阵列屏在14 MeV中子和1.25 MeV伽马射线激发下的调制传递函数,并与像元为0.1,0.3和0.5 mm的闪烁纤维阵列屏进行了理论对比.在60Co伽马射线源上,对液闪阵列屏和像元为0.3和0.5 mm的两种国产闪烁纤维阵列屏进行了调制传递函数实测研究.理论模拟和实验结果一致,均表明液闪阵列的空间特性优于闪烁纤维阵列屏,而且具有更好的均匀性,对1.25 MeV伽马,空间分辨接近0.9 lp/mm,而其他两种纤维阵列屏仅达到0.5 lp/mm,对于14 MeV中子,液闪阵列屏的空间分辨可达到1.8 lp/mm.     

机敏材料与结构中的准分布式光纤传感阵列

介绍适用于机敏材料与结构中状态监测和损伤估计的三种简单的强度调制型准分布式光纤传感阵列，并比较其各自的优缺点。