核查中的中子探测技术研究

介绍了通过探测中子辐射,用被动方法研究了包括模拟核弹头装置在内的各钚组合系统的可探测性和中子能谱等内容．用主动方法研究了核材料铀的裂变缓发中子测量技术和区分核与非核材料的方法．讨论了进一步开展的核查技术实验.In this paper,by neutron radiation detection with the passive method, the study on detectability, neutron spectra, etc. for the plutonium combined systems including the stimulated nuclear warhead assembly are introduced. The sutdy on technique of measuring fission delayed neutrons from uranium materials and the method of distinguished nuclear from non nuclear materials with the active method are described. Further experiments on verifying technique are also discussed.     

主动法探测炸药的实验

在核弹头核查中非核组件尤其是炸药难以探测。针对炸药的特点，开展了以下工作：(1)从理论上分析了主动法探测炸药的原理，并分析了在实际时影响测量结果的因素(屏蔽体的影响、自然本底的影响和反应截面)。(2)利用^252Cf中子源辐照模拟炸药半球(质量分别为10．4kg和15．8kg)，采用高纯锗γ探测器探测由中子与^1H，^12C，^16O，^14N核素发生俘获反应(n，γ)产生的γ射线。在实验中通过改变模拟炸药的质量、中子源与模拟炸药球心之间的距离和增减中子源和模拟炸药半球之间的慢化剂，进行了多种模型的实验研究。     

最近的中子探测实验和声空化

评述了2002年3月8日美国Science杂志发表的橡树岭国家实验室Taleyarkhan等在产生在微小气泡反应中探测到中子的实验，还介绍了声空化和声致发光的历史，以及与热核聚变和“冷聚变”的关系。     

高效率BF3正比探测器阵列探测中子技术

针对中子产额范围宽、下限低，研制4个具有高中子探测效率的正比探测器，由置于慢化体内的BF3正比计数管阵列和电压前置放大器组成。每个探测器内共包括12支BF3正比计数管，并根据不同的数目分为两组。在图l所示的实验中，利用这种多管的正比探测器，可以对产额变化范围宽、下限低的不同脉冲中子源产额进行测量。     

高灵敏度区域中子监测仪探测效率曲线模拟

中子监测仪对不同能量中子的探测效率是其重要的性能指标,直接影响其测量值的可信度与使用效果。针对中国科学院高能物理研究所生产的高灵敏度区域中子监测仪（HANM型）,利用蒙特卡罗软件模拟其探测效率曲线,模拟结果表明该仪器探测效率随能量增加,先上升后下降,其探测效率最高值在1 MeV附近。通过改变模拟条件中的射线入射方向,对比探测效率曲线趋势变化,验证该型仪器的探测效率曲线趋势的可靠性。在此基础上,分别利用D-D,D-T加速器产生2.5 MeV和14 MeV单能中子,对探测效率曲线进行校准与验证,最终获得此型仪器的探测效率曲线。     

低能中子探测的GEANT4模拟研究

研究了GEANT4蒙特卡罗模拟程序在低能中子核反应中应用的可行性, 新版的GEANT(4.9.4版本)升级了老版本在模拟6Li(n, α)3H核反应道的不足, 并且加入了最新截面数据库。 对多个核反应道进行了研究, 模拟结果显示核反应截面、 次级粒子能量和反应的分支比等是正确的; 比较了掺6Li材料热中子探测效率的实验结果与MCNP和GEANT4模拟结果, 它们基本一致。 研究表明, 利用GEANT4研究6Li(n, α)3H是可行的, 这为进一步研究闪烁体中子探测器的位置分辨率模拟提供了有力支持。 The feasible study of Monte Carlo simulation of low energy nuclear reaction was performed based on GEANT4. The reaction channel 6Li(n, α)3H, simulated insufficiently in the old version Geant4, can be given correct results in the new version (version 4.9.4). New cross section library was added into the program. The study of several nuclear reaction channels shows that the cross sections, the secondary particle energies and the branching ratios are consistent with the experimental values. For doped 6Li materials, the comparison of thermal neutrons detection efficiencies of experimental results, MCNP and GEANT4 simulations, shows that the simulations are reasonable. From the studies above, it is feasible to simulate the 6Li(n, α)3H reaction with GEANT4. It will provide helpful information for the further study of the position resolution of scintillation neutron detector.     

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.     

主动中子多重性铀质量测量模拟研究

中子多重性技术常用于测量和核查核材料,尤其针对具有较厚屏蔽的对象具有不可替代的优势。钚的自发裂变率较高,可以采用被动测量方法,目前已有多款不同的测量装置。然而铀材料的自发裂变率较低只能采用主动测量方法。现有的主动井型符合计数器（AWCC）能够进行主动中子多重性测量铀材料质量,但依然存在探测效率较低,Am-Li中子源产生偶然符合大等缺点。为提高铀材料测量的效率和精度,对主动中子多重性测量方法开展深入研究非常必要。本文参考AWCC模型,利用Geant4软件对探测器和粒子的输运过程进行建模。研究了多重性移位寄存器的不同符合门宽、不同延迟时间对铀测量结果相对偏差的影响规律。计数器的最佳门宽为44 μs,门宽取值范围在计数器衰减时间的1.5倍左右合适;延迟时间大于3倍计数器衰减时间后,相对偏差显著减少。最后讨论了235U富集度变化对主动中子多重性测量结果的影响。为后续主动中子多重性铀质量测量仪器的设计提供了参考。     

六组点堆中子动力学方程组的同伦分析解

鉴于目前六组点堆中子动力学方程仍然无法获得解析解,本文尝试将同伦分析方法应用于六组缓发中子动力方程组的求解,获得了它的级数解析解,并对级数解析解算法的有效性进行了检验.结果表明,该级数解析解算法从计算时间和精度上都能达到工程应用的要求,可适宜于反应堆中子动力学控制的设计分析和仿真计算.     

强辐射环境下高能脉冲裂变中子探测方法

在研究通道衰减、探测方法分离和探测器中子/射线本征分辨的基础上,研究了测量高能脉冲裂变中子数目的探测技术。基于电流型Si-PIN探测器,设计了减本底的背靠背探测结构,给出了测量强射线和低能散射中子干扰信号及有效扣除强辐射本底的实现方法,最终实现了高n/n和n/分辨测量和强裂变中子、射线混合场中的高能脉冲裂变中子数目探测,探测系统的信号/辐射本底比可达到10倍以上。     

检查隐藏爆炸物的快中子分析方法

讨论了快中子分析检查隐藏爆炸物的原理，特点，主要技术关键和研究进展。     

原子核对称能对中子星壳层结构的影响

中子星内壳层中存在原子核、中子、电子等非均匀分布的物质。在Wigner-Seitz近似下,共存相方法和自洽Thomas-Fermi近似方法是描述这种非均匀物质的有效方法。中子在非均匀物质所占的比例远远大于其他组分,因此原子核的对称能对非均匀物质的性质会产生十分重要的影响,而原子核对称能的密度依赖关系在核物质饱和密度附近有较大的不确定性。采用相对论平均场理论描述核子间相互作用,研究原子核对称能对中子星内壳层的密度范围、pasta相结构、壳核相变密度等性质的影响,探寻其中可能存在的关联。计算结果表明,原子核对称能及其密度依赖性在决定中子星内壳层非均匀物质的性质中起着重要作用,这与之前相关研究中得到的结论基本相符。Within Wigner-Seitz approximation, both the coexisting phases method and the self-consistent Thomas-Fermi approximation can be used to describe the nonuniform matter consisting of nuclei, neutrons, and electrons, which may coexist in the inner crust of neutron star. Since the neutron fraction is very large, nuclear symmetry energy may have an important impact on the properties of nonuniform matter. However, the density dependence of nuclear symmetry energy around saturation density is still rather uncertain. This paper focuses on the influence of nuclear symmetry energy on the density range of inner crust, pasta phase structure, and crust-core transition density of neutron star, where the relativistic mean field theory is adopted to describe the nucleon-nucleon interaction. It is turned out that the nuclear symmetry energy and its density dependence play an import role in determining the properties of nonuniform matter in the inner crust of neutron star, which is consistent with the former related studies.     

反应堆内中子注量率新型探测器的理论研究

利用核泵浦激光强度与入射中子注量率的相关性,探讨了反应堆活性区核泵浦激光中子探测器的理论可行性.从核泵浦激光机理出发,对该中子探测系统——核泵浦激光3He?Ar?Xe气体体系的能量沉积密度和激光的本征效率进行了深入的理论研究.提出了较完整的理论模型,讨论了该系统对中子注量率的响应函数及其检测灵敏度随工作时间的变化情况,论证了该中子探测系统的理论可行性.     

Relativistic Mean-Field Approach to Infinite Nuclear Matter and Neutron Star

The properties of infinite nuclear matter and neutron star are studied theoretically in relativistic mean-field (RMF) approach with three typical parameter sets NL1, NL-SH and TM1. It is found that all these new RMF parameter sets can very satisfactorily reproduce the properties of high density matter. Among these parameter sets, TM1, with a nonlinear ω term, reproduces a slightly smaller energy, piessure and neutron star mass than NL-SH and NL1. The ρ meson field has a large influence on the properties of neutron star and infinite nuclear matter. A detailed discussion for the significance of numerical results is also given.     

Neutron Halo and Nuclear Shell Structure in New Nuclide 31Ne

The ground state properties of new nuclide ^31Ne are investigated within the framework of the density-dependent relativistic mean-field theory.One-neutron halo in ^31Ne is predicted.Calculations also show that the ground state of ^31Ne is (3/2)^- and it can be used for the testing of the nuclear shell structure near the neutron-drip line.     

随机中子动力学及其数值模拟研究进展

随机中子动力学是核动力设计和核反应堆安全中的重要课题,本文从随机中子动力学的基础概念和研究方法出发,介绍随机中子动力学研究的历史发展和研究现状.裂变中子与光子的多重性是反应堆零功率中子噪声主要来源,对中子涨落的方程描述及其求解,演化出零功率中子噪声与功率反应堆噪声的随机理论.随机中子动力学的重要应用包括反应性微观测量、功率反应堆噪声测量和分析、核临界漂移分析和核材料识别与检测等.在半个多世纪的研究中,以脉冲堆点火过程的脉冲爆发等待时间分布为代表的随机性,一直缺乏定量分析方法和工具.直到近几年,模拟随机中子动力学过程的广义半马尔科夫过程模拟方法取得了重要进展,很好地揭示了脉冲堆实验中子点火规律.最后讨论随机中子动力学研究中有待解决的研究课题.     

中子星物质中的K介子凝聚与三体核力效应

利用Brueckner-Hartree-Fock方法，计算了β稳定中子星物质的状态方程以及三体核力的影响，特别是研究了三体核力对中子星物质中K介子凝聚的影响. 结果表明三体核力对β稳定中子星物质中出现K介子凝聚的临界密度以及中子星物质中各种粒子所占的比例均有重要影响. 三体核力的主要作用是降低了中子星物质中出现K介子凝聚的临界密度并使K凝聚相中的核物质更加接近于对称核物质.     

Diffusion Studies with Synchrotron Radiation and with Neutron Scattering

With scattering methods we are able to detect the elementary diffusion jump. This is a report on investigations with methods working in the time domain, i.e., nuclear resonant scattering of synchrotron radiation and neutron spin echo. The accent of this paper is on diffusion in ordered alloys. We finish with an outlook on what will be possible with the upcoming potential of future synchrotron sources. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

中子皮厚度测量探针对核物质状态方程的依赖性

利用同位旋相关的量子分子动力学模型模拟了 4He + 208 Pb的碰撞反应,发现中子质子产额比与 208 Pb的中子皮之间存在很好的线性关联,中子质子产额比可以作为中子皮厚度测量的一个探针。选取量子分子动力学模型中核物质状态方程的两套不同势参数进行模拟,通过对比发现,中子皮的厚度测量探针中子质子产额比对核物质状态方程中选择软势和硬势非常敏感,相同反应条件下,软势比硬势计算所得的中子质子产额比要低。无论选择何种状态方程参数,中子质子产额比与中子皮之间都存在线性关联。The reaction system of 4He + 208Pb has been simulated by Isospin-dependent Quantum Molecu-lar Dynamics (IQMD) mode and it was found that the neutron-to-proton yield ratio (Rnp) has a good linearrelationship with the neutron skin thickness of 208Pb. Therefore Rnp could be taken as a probe of neutron skin thickness of 208Pb. Using two sets of parameters for the nuclear equation of state (EOS) in IQMD model, it shows that Rnp is sensitive to nuclear equation of state. The calculation results of Rnp with the soft EOS is lower than the hard EOS. No matter which kind of EOS parameter has been chosen, however, Rnp holds a good linear correlation with the neutron skin thickness.