狭缝式高灵敏裂变中子探测系统

研制了狭缝-外延式高灵敏大面积PIN裂变中子探测系统. 其对14MeV，2.5MeV中子灵敏度可达10^-16C·cm²，比原有典型的脉冲裂变中子探测系统高4个量级. 采用外延式铅狭缝准直结构，研制灵敏区尺寸为60mm，厚度为200μm—300μm的大面积PIN半导体探测器、以Be膜为衬底，有效直径为60的²³⁵U裂变靶，解决了该探测器研制中的高灵敏度和n/γ分辨难题. 该系统已在实践中获得成功应用. 关键词： 裂变中子探测系统 大面积PIN探测器 大面积裂变靶 高灵敏探测系统     

厚闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响研究

利用编制的快中子照相数值模拟程序(FNRSC)模拟计算了入射中子能量为14 MeV时,厚度5—300 mm闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响,结果表明闪烁体厚度d<50mm时,次级中子对图像的影响强烈依赖于闪烁体厚度,而当d>50 mm时,次级中子对图像的影响趋于饱和.将文献中利用蒙特卡罗中子-光子输运程序(MCNP)计算的次级中子对图像影响和文中计算结果进行了对比,给出了二者存在差异的主要原因：次级中子分布对入射中子空间分布的强烈依赖性;能量沉积和荧光输出这两种计算方法对 关键词： 14 MeV中子 快中子照相 次级中子 Monte Carlo模拟     

14MeV中子照相中散射中子对成像影响的Monte Carlo模拟

依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离d<5cm时，样品中的散射中子对图像的影响强烈依赖于d，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm³时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和. 关键词： 14MeV中子 快中子照相 散射中子 Monte Carlo模拟     

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。     

基于蒙特卡罗模拟研究锆钛酸铅镧材料的中子辐照损伤

锆钛酸铅镧(Pb_0.94La_0.06Zr_0.96Ti_0.04O₃,PLZT)具有良好的介电和储能性质,是高效、高能量密度电容元件和存储器件的基体材料.为研究该材料的中子辐照损伤,首先基于Geant4程序包模拟了能量为1—14 MeV中子辐照浩钛酸铅镧(PLZT)材料产生的反冲原子能谱,然后根据产生的反冲原子种类和最大能量,利用二元碰撞方法模拟了不同能量的离子在PLZT中产生的位移损伤(包括空位和间隙原子),最后根据反冲原子能谱和对应能量离子在材料中产生的缺陷数目计算了不同能量的中子在PLZT材料中产生缺陷浓度以及分布.结果发现,对于1—14 MeV能区的快中子而言,其在厚度为3 cm的PLZT材料中产生的缺陷数目近似与中子能量无关,约为460±120空位/中子.辐照损伤在3cm厚度内随深度的增加而略有减小,总体变化小于50%,该减小主要是由于中子的反散射导致.本工作为计算中子在材料中的位移损伤提供了一种方法,同时模拟结果可为研究PLZT基电子器件的中子辐照效应提供指导.     

14.7MeV中子在C和Be核上小角弹性散射测量

利用快中子位置灵敏谱仪和伴随粒子飞行时间方法、测量了14.7MeV中子在C和Be核上的弹性散射微分截面.用蒙特卡罗方法对中子在样品中的通量衰减、多次散射作了修正.实验数据与他人结果作了比较和讨论.     

利用Si–PIN探测器测量DPF装置中子产额

介绍了Si-PIN中子探测器的结构和测量原理,分析了探测器对14MeV中子的灵敏度.利用该探测器测量了等离子焦点装置的D-T脉冲中子产额,实验结果与SDIN500探测器测量结果在5?%不确定度范围内一致     

组合式Si-PIN 14 MeV中子探测器

提出了一种在多片Si-PIN探测器中间用2mm厚的聚乙烯作为灵敏度增强介质，采用加法电路模式进行信号输出的组合式新型DT聚变中子(14MeV)探测技术原理. 这种组合的主要特点有： 1)大幅度提高了Si-PIN探测器的中子灵敏度和测量统计性； 2)提高了探测器的n/γ分辨本领； 3)在实现多个探测器信号相加的同时，组合探测器相对于单片探测器时间响应没有明显改变. 从实验及理论上对组合探测器的14MeV中子及1.25MeV γ灵敏度、n/γ分辨，时间特性和测量统计性进行了研究.     

一种测量次级中子能谱的新方法

采用双飞行时间法创建了一台非常规快中子飞行时间谱仪,排除了用D(d,n)3He中子源测量8-13MeV能区次级中子双微分截面时源中破裂中子群对次级中子能谱测量的干扰.结合常规快中子飞行时间谱仪的测量,实现了用D(d,n)3He中子源开展8-13MeV中子能区次级中子双微分截面的测量.     

组合式Si-PIN 14 MeV中子探测器

提出了一种在多片Si-PIN探测器中间用2mm厚的聚乙烯作为灵敏度增强介质,采用加法电路模式进行信号输出的组合式新型DT聚变中子(14MeV)探测技术原理. 这种组合的主要特点有： 1)大幅度提高了Si-PIN探测器的中子灵敏度和测量统计性; 2)提高了探测器的n/γ分辨本领; 3)在实现多个探测器信号相加的同时,组合探测器相对于单片探测器时间响应没有明显改变. 从实验及理论上对组合探测器的14MeV中子及1.25MeV γ灵敏度、n/γ分辨,时间特性和测量统计性进行了研究. 关键词： Si-PIN半导体探测器 灵敏度 n/γ分辨 时间响应     

50MeV/u~(12)C离子实验靶区出射中子角分布实验测量

本文用氟和碳阈探测器对50MeV/u~(12)C离子引起的重离子反应实验靶区E_n>11MeV和E_n>20MeV中子的角分布进行了实验测量,结果显示出明显的前冲分布,较高能量的中子具有更强的前冲趋势.     

组合闪烁探测系统的中子能量响应研究

组合闪烁探测系统由"Pb过滤片加塑料闪烁探测器"组成. 采用直流标定方法,实验研究了ST401、ST1422、ST1423组合探测系统对0.565MeV-14.16MeV能量范围的6个能点的中子灵敏度,得到了探测系统的中子灵敏度随Pb过滤片厚度的变化、随闪烁体厚度的变化和随中子能量的变化关系. 利用理论计算和实验测量结果相结合,获得了3种组合闪烁探测系统的中子灵敏度能量响应曲线.     

14.7MeV中子在C和Be核上小角弹性散射测量

利用快中子位置灵敏谱仪和伴随粒子飞行时间方法、测量了14.7 MeV中子在C和Be核上的弹性散射微分截面。用蒙特卡罗方法对中子在样品中的通量衰减、多次散射作了修正。实验数据与他人结果作了比较和讨论。     

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     

基于14 MeV中子的烧氚历史诊断模拟研究

针对直接测量16.7 MeV进行烧氚历史诊断所需聚变产额高的情况,模拟研究了利用14 MeV中子与副靶作用产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断的情况,计算了几种材料14 MeV中子作用产生的次级伽马能谱以及切伦科夫辐射阈能之上的非弹伽马数目,对副靶材料和厚度进行了选择。计算了14 MeV中子产生的切伦科夫光子时间谱,分析了光电转换器件处伽马、电子以及正电子等噪声信号,分析了气体切伦科夫系统测量统计涨落与聚变中子产额之间的关系,确定了气体切伦科夫系统所适用的最低聚变中子产额,通过测量14 MeV中子与副靶产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断较直接测量16.7 MeV伽马可将测量所需聚变中子产额降低2个量级。     

数值模拟高能中子照相

 模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用。对每根光纤中的能量沉积进行了计算,并转换成可见光(496 nm)光子数。在模拟实验中,分析了影响图像质量的因素。计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系。当间距为cm量级时,散射中子本底对图像的影响很小。计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关,在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系。通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率。     

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。     

50MeV/u 12C离子实验靶区出射中子角分布实验测量

本文用氟和碳阈探测器对50MeV/u ¹²C离子引起的重离子反应实验靶区E_n>11MeV和E_n>20MeV中子的角分布进行了实验测量,结果显示出明显的前冲分布,较高能量的中子具有更强的前冲趋势.     

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.     

Gamma全吸收型BaF2探测装置中子屏蔽体与吸收体的研究

中国原子能科学研究院已经建造完成了我国第一套全吸收型BaF₂探测装置,采用瞬发γ测量法,精确测量中子俘获反应截面。中子源是利用HI-13串列加速器产生的脉冲化质子束,通过7Li(p, n)7Be反应建立。为了有效降低周围环境材料和探测器产生的散射中子本底,约束中子束流的形状,使用MCNP程序模拟设计了屏蔽体,采用含硼聚乙烯(B₄C质量分数为5%)包裹5 cm铅的方案,以及准直器采用平行孔的方案。该设计使样品处的中子束斑平整均匀,直径约为2 cm,束斑外的中子注量降低5个数量级,γ注量降低3个数量级。同时设计了中子吸收体(外半径为10 cm,厚度为7 cm)用于吸收待测样品产生的散射中子。MCNP和GEANT4程序的模拟结果表明:选择含硼聚乙烯(10B₄C质量分数为10%)作为中子吸收体的加工材料,其中子吸收率达到了80%,并设置1 MeV的能量加和阈,能够满足在线测量中子俘获反应截面的实验要求。