三氟化硼Bonner多球谱仪的中子源能谱测量方法

为解决~3 He气体短缺且价格日益昂贵所造成的中子能谱测量装置灵敏元缺乏问题,研制了一套BF3正比计数管多球谱仪系统。基于蒙特卡罗方法对Bonner多球谱仪系统的细致结构进行建模,模拟计算得到了探测器能量响应灵敏度;在中国原子能科学研究院的高压倍加器上使用2.86MeV与14.84MeV能量的中子对谱仪系统的探测器能量响应灵敏度进行了标定,结合模拟结果确定了谱仪系统在实验条件下的能量响应灵敏度;使用此谱仪系统对241 Am-Be中子源能谱进行了测量,对多球谱仪测量结果使用自编Gravel算法进行逆卷积解谱,解谱所得能谱与~(241)Am-Be中子源标准能谱的对比结果表明,在总体不确定度小于21.46%的范围内二者符合良好,验证了整套多球系统具有较高的可靠性。该三氟化硼多球谱仪系统有望在加速器、反应堆及同位素中子源环境的中子能谱与剂量检测中得到更为广泛的应用。     

室内环境中子能谱及剂量率的多球谱仪测量

利用自主研发的多球中子谱仪对北京市某室内环境中子能谱及剂量率进行了测量。从中子能谱获得了能量低于20MeV的环境中子注量率为2.83×10~(-3)cm~(-2)·s~(-1),估算出环境中子总注量率为3.54×10~(-3)cm-2·s~(-1);利用中子注量与周围剂量当量转换系数计算出了能量低于20MeV中子周围剂量当量率为(1.5±0.1)nSv/h,总中子周围剂量当量率为(2.1±0.1)nSv/h,与中子剂量仪测量值(2.3±0.2)nSv/h基本一致。该文测量结果与相近纬度比较相差不多,可以为评估北京室内环境中子剂量提供参考。     

基于碳化硼慢化体和涂硼微结构中子探测器的通用中子能谱仪设计和解谱方法研究

本文提出了一种基于碳化硼慢化体和涂硼微结构中子探测器的通用中子能谱仪设计方法, 获得了计算最优慢化体厚度和探测器响应函数的通用公式, 并用蒙特卡罗方法进行了验证和修正, 可实现对中子能谱仪的快速设计. 该类能谱仪可实现各中子响应函数之间的解耦, 使每个探测器对各个分立能量区间的中子最为敏感, 具有较强适用性和灵活性. 基于该方法, 我们设计了一个用于硼中子俘获治疗（BNCT）超热中子能谱测量的能谱仪, 通过Gravel算法实现了中子能谱解析, 并提出了一种具有良好普适性的基于响应函数的预置谱设置方法. 结果表明, 该能谱仪对单能中子的峰位解析精度约为1%, 对BNCT连续谱的解析均方差约为0.76%, 具有较大技术优势和可行性.     

2.8 MeV中子引起的~(232)Th(n,γ)~(233)Th反应截面的测量

用中子活化法和离线γ能谱测量技术对2.8MeV中子引起的~(232)Th(n,γ)~(233)Th反应截面进行了测量.2.8 MeV强流中子由D-D中子发生器获得,中子注量率的波动通过测量伴随~3He粒子得到;中子的平均能量通过~(64)Zn(n,p)~(64)Cu和~(115)In(n,n′)~(115m)In的反应截面比得到.γ能谱采用低本底高分辨率高纯锗伽马谱仪进行测量.实验结果与已发布的截面数据及评价核数据库ENDF/B-Ⅷ.b4、JENDL-4.0u+和CENDL-3.1的数据进行了比较.利用模型程序TALYS-1.8对~(232)Th的中子俘获反应激发函数曲线进行理论计算,并与实验数据和评价数据进行了对比分析.     

T(d,n)~4He反应的中子能谱的测量和模拟计算

本文描述用飞行时间谱仪对T(d,n)~4He反应的α关联中子能谱和角分布的测量,以及介绍对这些中子能谱的蒙特卡罗模拟。在计算中考虑了氘在氚-钛靶的多次散射。对发射中子谱自寺和关联中子平均能量的计算结果分别与Pavlik等人的计算结果和我们的实验结果很好地符合。     

面向磁约束聚变实验的先进中子发射谱仪诊断的研究

本文评述了EAST和HL－2A托卡马克装置上开展的聚变发射中子谱仪研究的进展．面向等离子体物理研究和ITER装置中子诊断技术发展的最新需求,针对EAST和HL-2A托卡马克装置的低中子产额（10^9-10^11s^-1）场,设计和发展了全数字化的液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪．进行了EAST和HL-2A放电实验聚变中子产额随时间演化规律的研究,开展了HL-2A装置上NBI辅助加热效果的评估和EAST聚变等离子体锯齿震荡的中子通量诊断．使用液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪测量实现了EAST放电的芯部聚变离子温度诊断,首次将托卡马克装置实验中子能谱直接诊断离子温度的下限推到1keV以下．在EAST装置上建设的双环式球形阵列中子飞行时间谱仪将为托卡马克装置辅助加热和快离子物理研究打下坚实的基础．     

八通道高分辨飞行时间谱仪系统研制

核脉冲信号的时间谱是粒子物理与原子核物理等研究领域所需获取的基本实验信息.在惯性约束聚变（ICF, Inertial Confinement Fusion）中子能谱分布的测量中要求时间分辨谱仪具有多通道同时测量的功能.为此, 研制了一套八通道高分辨飞行时间谱仪系统.该系统采用恒比定时方法进行时间检出;ACAM公司生产的TDC GP2时间测量芯片作为时间测量的核心部件;可编程逻辑器件（FPGA, Field Programmable Gate Array）通过串行外围接口（SPI, Serial Peripheral Interface）控制4片TDC GP2芯片实现了八通道时间间隔测量.使用信号发生器对系统进行了时间分辨能力的测试和标定研究, 其电子学时间分辨率可达60ps.     

d-T源中子照相装置慢化准直系统初步设计

慢化体准直器是热中子照相装置的关键组件之一,利用铅、铍、石墨等为慢化体的材料,对d-T反应中子源中子照相装置的慢化准直系统进行设计.采用MCNP程序模拟d-T反应快中子在慢化体内的中子慢化输运过程,通过计算得到了满足热中子照相的慢化准直系统的设计方案,给出了经慢化后的中子束各项物理参数.     

ADS相关核数据实验研究进展

本文简要介绍了中国科学院近代物理研究所ADS相关核数据实验研究进展.基于兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)搭建了核数据实验测量终端,建立中子飞行时间谱仪、轻带电粒子谱仪和水浴活化等实验装置,并开展了一系列ADS关键材料的核数据实验研究,包括400 MeV/u 16O离子束轰击钨靶和铅靶的实验,296 MeV氘束轰击铅靶和厚铍靶的实验,以及250 MeV质子轰击厚钨靶和厚铅靶的水浴活化实验.实验测量主要研究了ADS散裂反应相关的中子产额、能谱、双微分截面等数据.另一方面,基于中国原子能科学研究院核数据重点实验室的中子积分实验装置,开展了ADS靶堆耦合相关材料镓、石墨、碳化硅、钨、铀等样品的积分实验,检验了ENDF/B-VII.1,CENDL-3.1,JENDL-4.0,JEFF-3.2及TENDL-2015等数据库中相关材料的中子评价数据.     

一台慢正电子束实验装置

本文介绍一台磁聚焦传输的慢正电子束装置.在该装置上用Ni+MgO 慢化体产生了慢正电子,测量了慢正电子能谱,并和其他实验组用Au(Pt,不锈钢)+MgO慢化体所得实验结果进行了比较.     

脉冲中子、伽马探测系统性能表征与设计技术

探测系统是获取辐射场特征信息的核心器件，是实施脉冲辐射探测的关键和技术基础，其性能直接决定测试数据的质量和测试方法的选择。对影响脉冲辐射探测的性能指标进行系统描述、表征是探测系统设计、研制、实际应用和综合性能评价的基础。用于复杂能谱脉冲中子、伽马混合辐射场时间谱、强度谱测量的探测系统，主要性能包括探测灵敏度、时间响应、能量响应、线性电流和中子、伽马分辨能力等指标参数，这些参数的获得与实现，需要根据中子、伽马射线与物质相互作用的基本原理，构建相应的探测结构和技术原理。在设计上，综合权衡能量收集和电荷收集方式选择、几何效率完备和高信噪比结合、信号响应和直照响应分离、探测效率与时间特性兼顾、综合性能与使用可靠性一致等设计原则，综合应用这些原则构成了探测系统设计方法。     

加速器驱动的次临界系统生产233U的可行性研究

加速器驱动的次临界系统（Accelerator Driven Sub-critical System,ADS）是加速器技术和核反应堆技术的结合,其主要目的是应对当今快速增长的放射性核废料处理需求.本文初步探讨了在ADS系统中利用232Th生产可裂变核233U的可能性,估计了所需加速器的性能及其生产233U的产率和效率.我们建议用Be做中子慢化剂和增殖剂,将反应堆的中子能量大部分控制在1keV–1MeV,从而最大限度地降低232U的含量.也可进一步利用重水做慢化剂高233U的纯度.所生产的233U既可经分离取后在热堆中燃烧,也可直接用于钍基熔盐堆的初始装料,发挥233U优异的热中子性能.我们的结果表明,在技术上和经济上利用ADS生产233U很可能是可行的.我们的结果还表明,如果这一ADS系统主要目的是生产233U,所选择的次临界堆的最佳是快中子堆,而不是慢中子堆或快慢结合堆.最后我们建议对钍基核反应堆、233U的取分离工和辐射防护等方面的课开展进一步深入研究.     

地-空界面上大气中子辐射场的数理模型

论述了地-空界面上天然宇宙中子流的来源；从理论上建立了描述地-空界面上大气中子辐射场的数学-物理模型。在地-空界面上大气快中子注量率与慢热中子注量率不仅与大气参数有关，而且还与地表介质的物质组成有关，尤其是地表介质的含水量有关。理论与实测结果均表明，地-空界面上天然中子流随气象的变化而变化，随地表含水量的增加而减少。     

口袋式伽马能谱仪研制

便携式伽马能谱仪在野外探矿、环境辐射监测和科学实验等领域被广泛应用.为了进一步缩小便携式能谱仪的体积,提高其能谱性能,从而扩展其应用领域,本文基于最新的闪烁晶体材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代便携式伽马能谱仪研究.在探测器设计方面,采用GAGG:Ce晶体耦合SiPM阵列成功设计并制作了高效率、高能量分辨率的紧凑型能谱探头;在数据采集电路方面,采用高性能ARM处理器及其自带ADC外设替代FPGA+ADC的传统电路架构,并设计专用的信号处理ARM程序,实现了在线能谱测量,并极大的减小了电路尺寸和系统功耗.综上所述,本文基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM并搭配ARM处理器,成功研制了一款低成本、小体积、低功耗、高性能的口袋式能谱测量仪.整个能谱仪的体积仅为80 mm×40 mm×40 mm,重量为200 g;经过实验测试,能谱仪的工作功率为481 mW,能自带电池工作26小时;能谱响应线性拟合优度为0.996,能量分辨率为5.2%(@662 keV).     

提高14MeV中子热化效率的研究

为了提高14 MeV中子的热化效率,采用MCNP模拟,用多种材料、多层结构的组合对其慢化.用铅反射中子、慢化快中子,用镁聚集热中子,用水慢化中子.MCNP模拟结果显示,快中子反射层、快中子慢化层、热中子聚集层以及中子反射层可以使热化效率分别提高185％,37％,80％和538％.     

慢化体材料对加速器BNCT束流装置中子品质影响研究

基于加速器中子源的硼中子俘获治疗(BNCT)是一种较好的肿瘤治疗技术,通过慢化得到的超热中子可用于非浅表肿瘤BNCT治疗.本文以2.3 MeV、10 mA质子流强的7Li(p,n)7Be中子源为对象,建立了加速器BNCT束流装置模型,采用中子输运程序MCNP研究了慢化体材料对超热中子束流品质的影响.结果表明:采用重水作为慢化体材料可有效的提高束流出口处超热中子水平,对于2.3 MeV、10 mA质子流强的7Li(p,n)7Be中子源,超热中子束流水平为0.669×109n/(cm2.s),超热中子与快中子产额比达62.3,基本达到临床治疗所需109n/(cm2.s)的超热中子水平.     

DPF脉冲中子源中子产额的活化测量研究

活化测量是等离子体焦点 (DPF)中子源的窄脉冲、高注量率中子辐射产额的有效测量方法。为提高活化探测器的测量精度 ,采用了散射中子的屏蔽措施。详细讨论了探测器的标定方法 ,用饱和照射后截止的方法 ,在加速器中子源上给出了 3个探测距离下的标定曲线和标定系数。对标定中的物理问题 ,如探测器死时间对其测量范围的影响、银的两种衰变对标定结果的影响等进行了分析。估计了主要测量误差 ,并提出了实际使用中对散射中子影响的处理方法