Geant4在CR39叠层探测器中的应用

利用Geant4程序计算了多种不同组合CR39叠层探测器的中子能量响应函数,研究结果表明,中子能量响应函数曲线的半高宽和探测下限分别由聚乙烯的厚度和吸收片的厚度决定,峰值由聚乙烯和吸收片的厚度共同决定。利用加速器准单能氘氘中子源进行辐照实验,获得了4种不同叠层组合探测器的2.45MeV中子探测效率,并与计算曲线进行了比较,结果吻合较好,验证了Geant4程序计算结果的可靠性。     

一个宽范围能响平坦的长中子计数器

由于对γ射线灵敏度低，而且可在很宽的范围内中子能量响应比较平坦，长计数管在中子产额的测量中得到了广泛的应用。为了提高探测效率，一般用BF3或^3He正比管外包围一定厚度的石蜡或聚乙烯慢化体来构成长计数管探测系统。建立的长计数器主要是针对中子管产生的DD（2．4MeV）或DT（14．1MeV）或两种能量混合的脉冲中子进行测量。为了达到探测系统设计要求，首先详细模拟了慢化体尺寸及结构对探测效率的影响，以便对探测器系统的加工制作提供依据。根据模拟结果建立了探测器，从实验上对探测器的性能进行了测量。     

用于中子能谱测量的反冲质子磁谱仪

根据神光-Ⅲ原型内爆实验条件下初级中子能谱诊断的要求,提出了反冲质子磁谱仪原型的设计方案,并通过蒙特卡罗程序Geant4对设计方案进行了仿真模拟。该质谱仪的测量能区在6~30 MeV,测量产额范围大于1012,能够测量内爆实验的全中子能谱。模拟结果表明:设计的谱仪对于14 MeV的中子探测效率大于10-11,能量分辨达到1%,信噪比大于10,满足神光-Ⅲ原型装置内爆实验离子温度诊断的要求。     

5单元中子散射相机仿真研究

采用粒子输运程序MCNP与FORTRAN,MATLAB程序相结合,对一种5单元结构的中子散射相机原型进行了蒙特卡罗模拟,对252Cf裂变中子源进行了图像、能量的重建。结果表明:该相机的能量分辨力为9%左右,角分辨与闪烁体的体积有关;中子能量为2 MeV左右时,散射相机的探测效率达到最大值;源的距离、闪烁体尺寸、前后面板距离、事件数等对重建图像的分辨力都有不同程度的影响;散射相机可以获得裂变中子源的能谱形状,但系统的结构、探测阈值等会使能谱测量造成一定的偏差。该理论工作的结论可推广到由更多单元组成的散射相机中使用。     

血液中Na活化放射性测量的蒙特卡罗模拟

针对超临界事故中人体受到中子辐照后感生的24Na活度测量,采用MCNP软件建立蒙特卡罗模拟模型,分别模拟不同类型NaI探测器对24Na衰变的两条射线全能峰的探测效率和塑料闪烁体探测器对24Na衰变的射线总计数的探测器效率。模拟结果表明:井型NaI探测器与圆柱型相比,24Na衰变的1.38 MeV和2.76 MeV 射线全能峰探测效率分别提高了4.30倍和4.11倍;塑料闪烁体探测器对24Na衰变的射线的探测效率是NaI探测器对24Na 射线的探测效率的1.72倍;同时粗略计算了探测器计数与人体所受中子辐照剂量之间的关系。     

装置极化效率对极化中子成像质量的影响及修正分析

极化中子照相技术通过分析极化中子束的自旋相移对样品磁场进行成像, 自旋极化/分析装置是照相系统的主要组成部分. 引入中子自旋极化/分析装置的极化效率参数, 从中子极化矢量与磁场相互作用机理出发, 重新推导探测中子强度与磁场分布的定量关系, 利用谱仪模拟软件VITESS, 选取bender型超镜极化器和 ³He 自旋过滤器作为极化/分析装置, 对量化修正式进行验证, 并综合装置极化效率、单色器能量分辨精度和bender型极化器的几何结构等参数, 初步分析极化中子照相技术的磁场定量检测能力, 相关结果可为极化中子照相的实验数据处理技术研究及装置设计提供参考. 关键词： 极化效率 中子照相 磁场成像     

2.8MeV中子诱发238U裂变的瞬发中子谱高能段实验测量

在中国原子能科学研究院的高压倍加器上利用中子飞行时间方法测量了2.8 MeV中子引起238U裂变的瞬发中子能谱,通过增大样品量和设计合适的屏蔽体提高了效应/本底比,使得测量数据的不确定度满足预期目标（在5.5～14 MeV能区内,能量间隔为0.5 MeV条件下能谱的不确定度小于10%）。将实验几何、中子源能量分布及角分布、探测效率、束流的时间结构等实验条件输入到MCNP程序里,模拟了出射的中子谱,模拟结果与测量结果在不确定度范围内一致,验证了在入射中子能量较低时238>U的裂变瞬发中子谱评价数据的可靠性。The Prompt Fission Neutron Spectrum (PFNS) of 238U induced by 2.8 MeV neutron was measured using the Cockcroft-Walton accelerator in China Institute of Atomic Energy (CIAE). The signal/background ratio was improved by increasing the amount of sample mass and using an appropriate shielding system. The final uncertainty of neutron energy spectrum in 5.5～14 MeV region is less than 10% with a bin size of 0.5 MeV which has reached this project's anticipation. The experimental geometry, the angular distribution and energy distribution of neutron source, the detection efficiency and time structure of deuteron beam were inputted into the MCNP code to simulate the outgoing neutron spectrum. The simulated results agree with the experimental ones within the uncertainty. The result indicates that the evaluated PFNS for 238U at low neutron energy is reliable.     

探测系统能量分辨在中子能谱数值模拟中的应用

针对中子能谱实验的数值模拟研究中涉及到的探测系统能量分辨问题,基于系统探测伽玛和中子的对应关系以及对伽玛射线的能量分辨率,介绍了一种简便实用的数值模拟方案,利用探测系统对中子、伽玛的光响应对应关系以及其对伽玛的能量分辨率,得到系统对中子的能量分辨率,再进一步把它应用到中子能谱的数值模拟中,并对数值计算结果与相关实验数据进行比较分析。结果表明,该方法可以很好地应用于中子能谱的数值模拟研究。     

沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器(MSND)性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高。沟槽宽度和沟槽间距为15μm和5μm是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线。当系统甄别阈取300keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5μm和200μm时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137 Cs源662keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1×103,与平面探测器相比提高了23.7倍。本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点。     

聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究

为多种复杂环境下的稳态和脉冲DT聚变中子能谱测量建立了一种灵敏度优化反冲质子磁谱仪. 使用成像板和同位素α源测量了谱仪的反冲质子能量-位置投影关系. 利用稳态加速器中子源平台、通过单粒子计数方法结合三维带电粒子输运程序模拟,研究了谱仪脉冲中子灵敏度能量响应. 通过高探测效率参数设置使谱仪对DT中子的探测效率达到2×10^-5 cm²水平,从而在较弱中子源上获得了较高统计精度实验数据. 程序模拟结果与谱仪α粒子刻度和DT中子标定实验结果取得了良好的一致性,可由此发展精细解谱技术,以提高脉冲中子能谱测量的灵敏度和能量分辨. 关键词： 聚变中子能谱 磁反冲质子 脉冲中子灵敏度 粒子输运     

锂玻璃探测器中子探测效率的刻度

为了精确测量keV能区的中子俘获截面,中国原子能科学研究院正在建造一台4π 全吸收型γ 探测装置---GTAF,锂玻璃探测器将会作为中子束流监视器测量中子能谱。利用5SDH-2 加速器刻度了锂玻璃探测器在两个入射中子单能点(250 和565 keV) 的探测效率,并使用EANT4 和MCNP 程序模拟计算了锂玻璃探测器的相对探测效率。通过归一化实验数据和模拟结果,得到了锂玻璃探测器在10keV~1 MeV 能区的中子探测效率曲线。对于把锂玻璃探测器测量得到的飞行时间谱转化为中子束流能谱,是一项非常重要的工作,同时为探测器效率刻度提供了新方法。In order to accurately measure the neutron capture cross section in the energy range of keVMeV, 4 πgamma-ray total absorption facility (GTAF) is being constructed at China Institute of Atomic Energy (CIAE). The lithium glass detector will be used as a neutron beam monitor for GTAF. The detection efficiency of the lithium glass detector at two incident neutron energy points (250, 565 keV) was calibrated in 5SDH-2 accelerator, and the relative detection efficiency was simulated by GEANT4 and MCNP code. By the normalization of the experimental data and simulation result, the neutron detection efficiency curve of the lithium glass detector between 10 keV and 1 MeV was obtained. This work will be important to convert the Time-of-flight spectrum that be measured by Li-glass detector to the energy spectrum of neutron beam, and provide the new method for calibration of detection efficiency.     

LS301快中子探测器的效率刻度

主要介绍了利用252Cf标准裂变中子能谱刻度快脉冲LS301型液闪中子探测器的探测效率的实验方法和结果, 简要介绍了实验数据的处理过程, 得到了阈值分别为0.5, 0.7, 1.0和1.6 MeV, 以及中子能量在10 MeV以下的探测器效率, 并对测量结果进行了误差分析。同时为了检验实验结果的准确性, 将实验结果与理论计算结果进行比较, 两者在不确定度范围内符合得很好。Neutron detection efficiency of LS301 fast neutron detector was calibrated by measuring the neutron energy spectrum of 252Cf source, which has a standard fission neutron spectrum. A low mass, fast ionization chamber is used as the fission fragments detector in the time of flight(TOF) spectrometer and afforded the start signal of neutron flight. The stop signal was offered by the anode of LS301. A measured TOF spectrum was turned to the neutron energy spectrum which will be compared with the standard one. Consequently, the fast neutron detection efficiency of LS301 was obtained. Calibration procedures of experimental and data processing was given. Relative detection efficiencies were obtained separately for threshold settings of 0.5, 0.7, 1.0 and 1.6 MeV for neutron energies under 10 MeV. Experimental results accorded with theoretical efficiency curves which were calculated with the Monte Carlo code NEFF50.     

2.45 MeV小型D-D中子管准直屏蔽结构设计

为获取小角度出射的单能中子源,采用蒙特卡罗软件对小型D-D中子管产生的能量为2.45 MeV的4立体角中子源进行了准直屏蔽结构设计。准直屏蔽结构分为准直器和捕获穴,准直器采用铁+含硼聚乙烯+铅的三层过滤结构,用于屏蔽照射野外杂散中子,捕获穴主要功能是增加反方向中子的弹性散射次数,从而降低出射束低能散射中子的比例。通过MCNP模拟得到了准直器各层材料的最佳厚度和出射孔尺寸以及捕获穴最佳结构。经验证,中子照射野处2.45 MeV的中子通量比照射野外大三个量级,中子照射野处低能中子通量比2.45 MeV的中子通量低一个量级,墙壁外总剂量率（中子+）在2.5 Gy/h以下。该研究对于小角度单能中子源的快速获取具有一定的实用价值,获取的中子源可用于中子剂量仪器有效性检验、中子监测仪性能测试等方面的研究。     

一个高灵敏度中子扫描变像管的设计

 我们设计了一个高探测灵敏度的中子扫描变像管。该管采用电子产额较高的聚乙烯加碘化铯中子阴极。电子光学系统的主要特点是阴极面积大(f10mm),不设置狭缝,电子束的交叉截面聚焦于MCP的前表面。预计此扫描变像管时间分辨率为43ps,可用于探测产额大于1×10⁸个烧蚀靶内爆中子。当靶到阴极距离为几十厘米时,也可用于测量爆推靶内爆中子能谱多普勒展宽,从而确定等离子体离子温度。     

利用252 Cf快裂变室测量BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数

本文利用²⁵²Cf快裂变室和多参数数据采集系统,逐事例的同时记录了自发裂变中子和瞬发伽马的飞行时间(TOF),脉冲形状甄别(PSD)和反冲能量(RE,裂变中子是通过测量反冲质子;瞬发伽马是通过测量康普顿反冲电子)三维信息.详细介绍了通过离线数据分析完全扣除三维信息中的伽马事例贡献,以获得Φ50.8 mm×50.8 mm的BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数的方法.在不通过探测器响应函数进行数据转换的条件下,利用中子的能量直接确定了中子的有效测量阈值.得到的中子 关键词： 252Cf快裂变室')" href="#">²⁵²Cf快裂变室 BC501A液闪探测器 相对探测效率 响应函数     

Measurement of the response function and the detection efficiency of an organic liquid scintillator for neutrons between 1 and 30 MeV

The light output function of a φ50.8 mm×50.8 mm BC501A scintillation detector was measured in the neutron energy region of 1 to 30 MeV by fitting the pulse height (PH) spectra for neutrons with the simulations from the NRESP code at the edge range. Using the new light output function, the neutron detection efficiency was determined with two Monte-Carlo codes, NEFF and SCINFUL. The calculated efficiency was corrected by comparing the simulated PH spectra with the measured ones. The determined efficiency was verified at the near threshold region and normalized with a Proton-Recoil-Telescope (PRT) at the 8-14 MeV energy region.     

光电倍增管中子直照灵敏度响应

 光电倍增管的中子直照响应对脉冲中子探测器的设计和实际应用具有重要影响。分析了中子束直接照射光电倍增管产生直照响应的过程和机理。中子与光电倍增管入射窗硼硅玻璃中的硼和硅发生(n,α)和(n,p)反应，导致窗玻璃产生荧光，从而使光阴极发射光电子。在5SDH-2小串列加速器上，选用9815B和9850B两种光电倍增管进行实验，得到了光电倍增管的中子直照灵敏度能谱响应曲线。结果表明：中子能量由低到高变化时，光电倍增管的中子直照灵敏度也随之增大；两种光电倍增管的中子直照灵敏度比值为1.9×10²~2.74×10²，该值与其相应的增益比量级一致。