高光产额SrI_(2)Eu^(2+)晶体制备及其闪烁性能研究

SrI_(2)Eu^(2+)晶体因其极高的光产额和优良的能量分辨率,在伽马射线高分辨测量中呈现出良好的应用前景。采用改进的坩埚下降法制备出掺杂浓度为5.0%的SrI_(2)Eu^(2+)晶体,加工制成了直径为25 mm,厚度分别为3,6,9,12 mm的单透光防潮封装SrI_(2)Eu^(2+)闪烁体。研究了4种不同尺寸闪烁体对^(241)Am,^(137)Cs,^(60)Co放射源伽马射线的响应,测试了SrI_(2):Eu^(2+)晶体的荧光光谱、能量分辨率、发光产额及衰减时间等闪烁性能。实验结果表明:SrI_(2)Eu^(2+)晶体的发光光谱峰值位于436 nm,SrI_(2)Eu^(2+)晶体闪烁性能随晶体厚度减薄或伽马射线能量的提高而提升。3 mm厚度SrI_(2)Eu^(2+)闪烁体对1.173 MeV^(60)Co伽马射线的能量分辨率达到了2.74%,在^(137)Cs源伽马射线激发下,光产额达到1.23×10^(5)MeV^(-1),是传统NaI:Tl闪烁体光产额的3倍以上,与当前国际上报道的最好的实验结果相当。

反冲质子卡阈中子探测靶室偏转磁场设计

准确测量脉冲辐射场特征参数对研究核装置反应过程、开展核技术应用具有重要意义。为解决ICF聚变初级中子等高能中子的精确测量及面临的伴随X/γ干扰问题,研究了反冲质子高能量卡阈中子探测靶室的γ和中子灵敏度随偏转磁场的变化。首先,分析了中子探测靶室的X/γ干扰主要来源,在密封窗口处和靶腿位置分别设置清扫磁场和偏转磁场,降低探测器对X/γ和次级电子的响应。然后,详细计算了靶室灵敏度随所加磁感应强度和方向的变化。模拟结果表明:在密封窗口处设置高强度清扫磁场可一定程度降低靶室对X/γ灵敏度,在靶腿处设置偏转磁场对X/γ响应的抑制效果更好;靶腿处偏转磁场使聚乙烯靶上产生的次级电子向靶腿内侧方向偏转时效果更优;偏转磁场对中子灵敏度的影响与靶室反冲质子卡阈能量和磁场方向有关,强偏转磁场会使系统的高能中子灵敏度响应曲线发生显著变化,在应用中必须仔细考虑。最后,精细测量了探测靶室靶腿内偏转磁场的3维分布,计算了靶室中子和X/γ灵敏度随射线能量的变化。理论计算数据与CPNG-400高压倍加器14.9 MeV准单能中子灵敏度标定结果对比,相对偏差小于3%,理论值与实验结果评价在不确定度范围内一致。

空间核爆对地面与航天活动的影响

空间核爆具有与地面及大气核爆完全不同的物理过程、景观现象与引发效应。空间核爆导致的核电磁脉冲、瞬时能量沉积、附加电离层、人造辐射带可以造成弹道导弹和卫星的毁伤、电子设施瘫痪、电力和网络系统被切断、无线电通信受到干扰等;其软杀伤能力显著,对日常生活和正常活动会产生一系列影响。文章综述了空间核爆的物理效应及其对地面与航天活动的影响,以为后续研究提供参考。

基于SiC的裂变靶室中子灵敏度标定技术

为实现对基于SiC探测器的裂变靶室极低中子灵敏度的准确标定,提出了利用不同的中子源分别测量中子探测效率与裂变碎片的等效平均沉积能量,再将实验结果合成得到中子灵敏度的标定方法。利用该方法,获得了SiC探测器与不同厚度^(235) U或^(238) U裂变靶组成的探测系统对14.9 MeV中子的响应灵敏度,灵敏度的相对标准不确定度为7.5%(k=1),较好地满足了应用需求。与传统带屏蔽体的标定方法相比,该方法测得的中子灵敏度可标定下限拓展了1个量级以上,同时,散射本底的影响可以通过挡影锥的方法准确扣除,显著提高了标定结果的精度。

基于高温超导体的真空动态微力测量平台研究

针对α衰变微推进器等高辐射性、附着式空间微推进器的测量需求,提出了一种基于高温超导磁悬浮装置的真空动态微小力测量方法和平台。平台利用液氮、分子泵和高温超导体构建了低温、低压、低阻的实验条件,避免了接触型阻力的存在。实验时,硬磁转子将悬浮在超导导轨上进行单自由度的平面转动运动。通过光电测速系统对硬磁转子进行的较远距离长时间监测,实现了对微小力的测量,也减小了可能的放射性危害。重点介绍了微小力测量平台的关键子系统,分析了平台的运动特征与测力机制,给出了实验流程与数据处理方法,并进行了标定实验。经标定,平台可实现小于1μN的推力测量。平台的阻力可低至511±35 nN,微力测量的下限为66 nN。

多层柱壳容器弹塑性动态结构响应和优化研究

在轴对称平面应变条件下,对多层柱壳的静态载荷弹塑性响应和单层柱壳的动态载荷弹性响应进行了理论分析和优化研究。在多层柱壳的静态载荷弹塑性响应中,建立了求解多层柱壳的静态载荷弹塑性响应,并对多层的静态载荷响应问题进行了初步的优化。对单层柱壳动态载荷的位移分布进行了理论求解,利用微分方程变换理论,得到了柱壳位移级数解。以此为基础,开展了多层柱壳容器结构响应行为的数值模拟,验证了理论计算结果,同时改变各层柱壳厚度和间隙,进行了优化分析,给出了较为合理的厚度和间隙尺寸。

基于概率密度函数的加权变换在能谱测量中的应用

能谱处理算法是提升探测系统能量分辨率的重要方法之一。其中,种子局部平均(seeded localized averaging,SLA)算法是一种比较新颖的处理算法,采用平均计算的方式对多个道址的信号进行处理输出,但在处理对称双峰及偏峰时会出现峰位飘移及生成不存在的虚峰等问题。针对该问题通过赋予不同的权重、引入均值不等式和优化迭代参数等改进方法,提出了一种基于概率密度函数迭代的加权平均变换(weighted average transform,WAT)算法,利用概率密度函数模型描述探测器的随机输入信号,在对符合设定分布的随机输入信号累积处理过程中,利用加权平均的计算方式来处理信号。WAT算法保留了SLA算法原有的性质,还提高了非对称峰输入的能量分辨率,进一步提高了原始输入分布的适应性,解决了SLA算法处理时双峰输入后出现虚峰及重合峰等问题,偏峰处理将半高宽由741改善为435,峰位未飘移且未出现虚峰。利用WAT算法,对输入信号为高斯分布、对数高斯分布及多峰分布的情况进行数值模拟,验证了WAT算法用于能谱求解的有效性。

基于LabVIEW的高灵敏静电计控制软件开发

在LabVIEW软件开发平台上实现了对高灵敏静电计的自动控制和信息的同步显示,建立了一套具备电流、电荷数据实时采集、存储和分析功能的控制软件。该软件克服了静电计由等待切换至测量状态后一段时间内测量的数据不准确和传统标定实验精度差的问题。开发的控制软件在闪烁薄膜探测器中子、γ灵敏度标定实验中成功应用,为闪烁薄膜探测器的中子/γ灵敏度的标定精度提供了保障。

应用于核能衰变微推进控制的驱动设计

利用放射性元素α衰变发射高速粒子产生反推力,研究了的核能衰变的推进技术。考虑到α粒子的弱穿透性,运用面积遮挡的方式改变推力。采用超声电机实现α粒子推力薄膜的精确控制,针对直线型与环形超声电机设计了2种驱动方案,分别是旋转超声电机驱动光阑和直线型超声电机驱动对开式开关,详细描述了原理和结构,并对其矢量合成做了分析。

一种α粒子微推进空间矢量控制结构的设计与实现

针对无拖曳飞行与皮纳卫星轨控的微推进器需求,根据α衰变推进原理设计了矢量控制结构,将α粒子推力薄膜矢量排布成类半球结构,采用超声电机驱动光阑独立控制推力大小,利用多个推力组合实现精确矢量控制。理论计算与分析表明:此结构最大推力可达6.9μN,与1 m^2太阳光压相当,且合力方向整体法向集中。

中子散射相机的探测效率研究

中子散射相机的探测效率直接影响其能量重建的准确性,也是其结构优化最重要的参数之一.在加速器中子源上,采用1.2, 2.5, 3.8, 5.0和14.8 MeV几个能点,对8单元中子散射相机原理系统的探测效率进行了测量.针对实验值比理论值大2～3倍的问题,在理论模拟中加入了碳核发光的影响,并计算了偶然符合事件的影响.计算结果表明,对于单个闪烁体,碳核的发光在高能时不能忽略,而对于散射相机系统,碳核的发光可以忽略.偶然符合对探测效率的影响与入射中子能量有关,对于1.2 MeV中子,偶然符合计数占绝大多数.采用对实验能谱进行高斯拟合扣除了很大一部分的本底中子,将理论探测效率与实验值的偏差缩小到较小的范围内.