用于14MeV快中子/伽马混合场中中子通量测量的探测器研究

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中子呈电中性，因其穿透力强的特点在核能、核医学、核分析等方面有广泛的应用。中子的探测是中子应用的基础，He-3正比计数器以其较大的热中子吸收截面和几乎对伽马射线不敏感的特点，被广泛的应用于热中子探测。但是，近年来3He气体供不应求，导致3He气体正比计数器价格高昂。一般的中子探测器对伽马射线也敏感，而中子探测时，往往伴随着伽马射线。因此，研发出可用于中子/伽马混合场中中子测量的探测器是一个亟待解决的问题。
　　瞬发伽马中子活化分析技术（PGNAA）以其测量精度高、范围广、无损、实时在线等特点被广泛用于工业物料的检测。随着中子发生器技术的进步，氘氚（D-T）微型中子发生器已越来越多的作为中子源项用于PGNAA技术中，对D-T中子发生器的中子产额的监测，不仅可以用于对测量结果的修正，还能对中子发生器进行闭环控制，从而使物料元素含量的检测结果更加准确。本文对用于测量PGNAA中D-T管发射的14MeV中子的通量的新型探测器进行了研究，主要内容如下。
　　（1）设计了用于PGNAA中，14MeV中子、伽马混合场下的中子通量测量的探测器。该探测器由快中子转换层、塑料闪烁体与切伦科夫辐射体叠加组成，其中塑料闪烁体用于测量混合场中中子与伽马的总信号；基于切伦科夫光产生具有阈值的特点，用切伦科夫辐射体测量混合场中的伽马信号；用富氢材料作为快中子转换层，提高14MeV中子的探测效率。
　　（2）根据探测器的设计，用GEANT4软件对探测器的参数进行模拟优化，最终给出快中子转换层、塑料闪烁体和切伦科夫辐射体的厚度分别为0.4cm、3cm和1.23cm。同时，推导给出计算入射中子通量的公式。为验证推导出的计算公式，模拟了不同中子、伽马比值的中子/伽马混合场，并根据模拟结果结合计算公式给出入射中子数，与实际模拟的入射中子数比较，相对误差小于5%。
　　（3）基于模拟优化得到的参数，完成了探测器原型样机的制备，并用 D-T中子发生器及60Co伽马源作为入射的中子/伽马混合场对探测器的性能进行测试，同时使用He-3正比计数器对中子进行探测。实验中，通过改变中子发生器的高压来改变出射中子通量，给出探测器与He-3正比计数器在各中子发生器高压下的计数比，其相对误差基本小于5%。
　　本文基于扣除法的思想，设计并制备了用于14MeV中子/伽马混合场中的中子通量测量的探测器，实验结果表明该探测器可用于PGNAA系统中D-T中子发生器的中子通量的测量。

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作者
褚胜男;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科核能与核技术工程
授予学位硕士
导师姓名单卿;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类中子物理;
关键词
PGNAA技术; D-T管发射; 14MeV中子; 探测器;

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