基于中子位置灵敏探测器对点源的三维定位方法研究

使用中子法对密封容器内的放射源进行定位具有重要的现实意义。本研究使用4根矩形分布的中子位置灵敏探测器对探测空间内AmLi源进行定位,首先使用蒙特卡罗方法设计了探测器的慢化屏蔽体;然后设计了延迟电路加到探测器的一端,根据探测器两端探测到中子信号的时间差来确定源y轴(探测器轴向)的位置坐标,并对每个探测器的轴向位置函数进行了刻度;利用探测器围绕密封容器搭建测量空间,使用相邻探测器探测到中子计数率的比值来确定x轴和z轴(另两个方向)的位置坐标并进行了函数刻度。测量时,首先选择计数率最大的探测器来确定源的轴向坐标,再根据与此探测器相邻两根探测器计数率的比值来确定源的另两个方向的坐标,实现了对源的定位。使用该方法测量了点源在探测器空间内的5个不同位置,每个坐标轴上的定位偏差均在1.5 cm之内,并对造成偏差的原因进行了分析。该方法验证了使用中子位置灵敏探测器对放射源进行定位的可行性,并为进一步测量核设施工艺设备内核材料的位置打下了良好的基础。

基于D-D中子源的乏燃料组件钚含量测量装置设计

为了满足国际社会上对于乏燃料组件内特种可裂变材料钚的保障监督需求,以持续提供核材料信息,研究乏燃料组件内钚含量测量的非破坏性分析技术显得尤为重要。本文采用主动法,以压水堆乏燃料组件作为测量对象,D-D中子作为质询中子源,开展了乏燃料组件钚含量测量装置的设计研究。采用MCNPX软件,基于最大化探测器计数率和使各探测器计数率尽量一致的目的,对测量装置中的中子管与探测器组件距离、中子管慢化材料及其厚度、探测器组件与中子管高度差、探测器组件中慢化体厚度等关键参数进行了模拟计算。此研究为中子质询乏燃料组件钚含量测量技术研究及实验验证打下了基础。

基于时间差法的位置灵敏3He正比计数管位置分辨性能研究

中子定位技术可用于乏燃料后处理流程监测,以避免发生核临界安全事故。利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)算法模拟了不同中子发射方式、^(3)He气压、管径、慢化体厚度等对位置灵敏^(3)He正比计数管位置分辨能力和探测效率的影响。对于管径为2.54 cm、灵敏区长80 cm、^(3)He气压为405300 Pa的位置灵敏^(3)He正比计数管,MC模拟结果表明:轴向各处位置分辨能力相同,对热中子点源的位置分辨极限为0.17 cm;慢化体厚5 cm且^(244)Cm源紧贴慢化体外壁时中子探测效率为3.0%,位置分辨为9.25 cm。用时间差法测试了^(244)Cm源在灵敏区不同位置、源管距、慢化体厚度等情况下此位置灵敏^(3)He正比计数管对^(244)Cm源的位置分辨能力与探测效率,测试结果表明:实验装置的理论位置分辨极限可达2.64 cm,当慢化体厚5 cm且^(244)Cm源紧贴慢化体外壁时位置分辨为18.50 cm,为理论值的一半。

压水堆乏燃料组件中主要同位素含量分析计算

绝大多数的特种可裂变材料钚均存在于商用乏燃料组件中,在核保障领域,对于乏燃料组件中钚含量的核实显得尤为重要。为分析计算乏燃料组件中易裂变核素钚的含量,以31组AFA-2G典型压水堆乏燃料组件为研究对象,通过分析核燃料在反应堆运行过程中的U-Pu循环燃耗链的特点,分析计算了乏燃料组件中主要同位素的含量和固有中子本底,同时利用蒙特卡罗模拟方法计算了239Pu等效质量的等效系数。本文工作为中子质询乏燃料组件易裂变核素含量非破坏性测量的方法研究及测量装置的设计打下了基础。

YAP伴随α粒子探测器的研制

研制了一种可安装于D-T中子发生器内的伴随α粒子探测器。该探测器选用直径30 mm、厚0.5 mm的掺铈铝酸钇(YAP:Ce)闪烁体,可密封于D-T中子发生器内。采用蓝宝石玻璃作耐高温光学法兰,粒子在YAP闪烁体中产生的光信号经过蓝宝石玻璃传到光电倍增管光阴极上。光电倍增管阳极输出α粒子的电脉冲信号。探测器输出负信号的前沿下降时间约为6 ns;对241Am 5.486 MeVα粒子的能量分辨率约为5.4%。在高压倍加器用作D-T中子源时,在15 kcps计数率下,该探测器对3.5MeV伴随α粒子的能量分辨率约为27%,峰谷比达到10:1。YAP闪烁体及蓝宝石玻璃经8 h400℃烘烤后,该探测器的时间性能和能量分辨性能未发生改变。实验表明研制的探测器满足了密封D-T中子发生器的制造工艺要求,可安装于小型D-T中子发生器内用作伴随α粒子探测器。

单分散微米级铀氧化物微粒的制备

铀微粒同位素分析在核保障环境监测中发挥着重要作用。为保证准确测量单个微粒中铀同位素比,需使用丰度已知且尺寸适宜的标准微粒。通过将铀标准物溶解,并将溶液雾化形成液滴,再经蒸发溶剂、热分解一系列步骤,制得所需微粒。建立了1套以振动孔气溶胶发生器为核心的单分散铀氧化物微粒的制备装置。经扫描电子显微镜观测,制备的微粒呈球形;能谱分析表明,微粒为铀氧化物;微粒粒径主要集中在1.1μm左右,由于液滴的分裂与结合,导致了一定数量的较小和较大微粒存在;经二次离子质谱测定,其丰度值与标称值吻合,不同微粒间校正因子波动较小,能够满足实际测量的要求。

^(252)Cf自发裂变n/γ TOF和TCC谱的MC模拟

时间关联符合法是主动法测量裂变材料特征信息的有效方法之一。首先使用MCNP程序模拟了单个BC-501A液体闪烁体探测器探测252Cf自发裂变n/γ飞行时间谱,模拟谱与实测谱符合很好;在此基础上,模拟了两个BC-501A探测器探测252Cf自发裂变n/γ时间关联符合谱。结果表明,n/γ时间关联符合谱包含了n-n、γ-γ、n-γ和γ-n符合成分。

抽气碰撞法回收擦拭样品上铀微粒方法

建立了一种回收微粒的新方法——抽气碰撞法。擦拭布上的铀微粒通过抽气碰撞装置回收到导电胶上,用于二次离子质谱仪(SIMS)对微粒的同位素丰度比测量。使用扫描电镜(SEM)寻找和统计擦拭布和导电胶上的微粒数目,计算装置的回收率。该装置对核孔膜上直径为0.5～20.0μm的铅微粒回收率为(43±5)%,擦拭布上铀微粒回收率约为48%,回收微粒的分散性好。制备的样品可直接用于SIMS测量,SIMS对235 U与238 U同位素丰度比的测量值为0.007 25±0.000 09,测量标准偏差小于3%。

微粒定位技术研究

在直径25 mm的石墨垫上镀膜或粘贴制作微定位标记,进行SEM-SEM、SIMS-SIMS、SEM-SIMS之间的微粒定位。SEM-SEM之间的微粒定位偏差约为10μm,而SEM-SIMS和SIMS-SIMS之间的微粒定位精度偏差约为15μm。实验表明:粘贴制作微定位标记和矩阵定位算法的组合是一种简便、适应性强、成本低和有效的微粒定位和再定位方法。

铀浓缩厂铀丰度在线监测装置研制

研制了铀浓缩厂产品端UF6气体235 U丰度在线实时监测装置。该装置由NaI(Tl)探测器、脉冲处理器、压力和温度传感器、管道阀门系统等组成,利用NaI(Tl)探测器对测量容器内气态UF6中235 U发射的特征γ射线进行测量来得到235 U的量,利用传感器对气体温度、压力进行测量,根据理想气体状态方程得到UF6气体中U的总量,从而得到235 U丰度。该装置现场应用实验表明:铀丰度在线监测结果相对标准偏差小于1%,与气体质谱计测量结果相对偏差小于1%。

铀离心浓缩厂分离功率在线监测技术研究

利用研制的铀丰度在线监测装置对铀浓缩厂工艺管道中精料和贫料铀丰度进行在线监测,同时利用孔板流量计在线监测浓缩厂精料端工艺管线UF_6精料流量,然后利用分离功率方程计算得到分离功率。现场实验表明:在均不考虑物料损耗情况下,分离功率在线监测结果与铀浓缩厂分离功率申报值的相对偏差小于2.0%。

时间关联符合法对铀质量和富集度的测量

核材料尤其是高浓铀材料一直是人们重点关注的对象,越来越多的方法和技术手段用来探测其质量和富集度的信息,而重屏蔽体内高浓铀材料质量和富集度的测量是一项技术性的难题。为此,利用14 MeV中子和14 MeV中子慢化后得到的连续中子能谱来探测铅容器内铀材料质量和富集度的信息,结果如下:在低富集度的范围内,相同富集度的铀样品质量之间存在良好的线性关系;相同质量的铀样品富集度之间也存在良好的线性关系,这为将来探测重屏蔽体内铀材料质量和富集度的信息提供了很好的方法基础。

液闪和α谱结合测量痕量钚样品中钚年龄

建立了液闪-α谱法测量241Pu/241Am原子数比得到痕量钚年龄的方法。基于钚、镅的分离,研究纳克量级钚样品的年龄测量技术。用该法分别对已知和未知年龄的钚样品进行了测量,结果表明,已知年龄的钚样品的测量结果与参考值基本一致。本工作建立的痕量钚年龄的测定技术有可能作为核保障和军备控制中钚材料的核查技术。

铀离心浓缩厂铀丰度在线监测仪本底自动测量方法研究

铀丰度在线监测仪是对铀浓缩厂工艺管道中UF6气体235U丰度进行在线监测的装置,本底是其核心关键技术指标,直接关系到丰度值的测量精度。原有本底测量方法需监测仪停止工作,人工将容器内的气体抽空进行测量。而本底自动测量方法通过改变测量容器内UF6气体的压力,用Na I(TI)探测器测量容器内UF6气体中235U发射的特征γ射线,利用压力传感器测量容器内UF6气体的压力值,最后对不同压力下的数据进行拟合获得监测仪的本底。实验结果表明,采用本底自动测量方法,监测仪铀丰度在线监测结果的相对标准偏差小于0.30%,与气体质谱计测量结果的最大相对偏差小于0.25%,表明该方法测量本底的准确度高;监测仪本底测量由软件自动完成,提高了监测仪的自动化程度,增强了监测仪的适用性。

核孔膜在含铀气溶胶微粒微观定位中的应用

在核诊断和核保障技术环境样品分析中,对含铀气溶胶微粒(极少的微米级粒子)进行元素和同位素分析是十分重要的。扫描电镜(SEM)和二次离子质谱仪(SIMS)的联用是公认的微粒同位素分析技术路线之一,它需要用扫描电镜对样品垫上感兴趣的微粒进行快速查找和准确定位,最终用SIMS对同一微粒进行再定位和同位素分析。本文报导在直径为25mm的石墨垫片上利用核孔膜作参考标记并进行SEM-SEM微粒精确定位的试验方法和结果。研究表明,用核孔膜作定位标记,平均定位偏离为(5.8±2.6)μm,其精确度不亚于国外采用的其它方法。

土壤样品中^(239+240)Pu的测定

参照GB112 19.1 89土壤中钚的测定———萃取色层法 ,采用2 3 8Pu同位素示踪、电沉积制源、α能谱测量 ,对国内某核设施附近土壤样品以及IAEA土壤参考样品IAEA Soil 6和IAEA 3 75中的2 3 9+ 2 4 0 Pu含量进行了分析测定。测定值与IAEA参考样品参考值接近 ,与IAEA Soil 6和IAEA 3 75的参考值间的相对偏差分别为 -3 .8%和 -2 .3 %。

总中子法在钚溶液系统浓度测量中的应用研究

目前被动中子法在国外钚浓度在线监测中应用较多,我国对于此项技术在钚溶液系统浓度测量中的研究则相对较少。钚溶液中的自发裂变中子和(α,n)中子,部分在慢化过程中直接被吸收,部分经慢化、吸收、裂变释放出诱发裂变中子,部分逃脱吸收最终泄漏出溶液系统,在中子探测器中形成计数,原则上可由“点模型”方程推算出溶液中的钚浓度。本文以钚溶液系统为对象,开展了总中子计数法推算钚浓度的研究,深入探讨了钚同位素组成比例和钚溶液中(α,n)中子的影响,实现了钚浓度计算程序。设计并搭建了验证实验,使用^(3)He探测器和涂硼探测器实测了7个不同浓度的钚溶液样品的总中子计数率,钚浓度计算程序给出的钚浓度值与化学标定值符合良好。结果表明,考虑了钚溶液中(α,n)中子和钚同位素组成比例的影响后,利用基于“点模型”方程的总中子法进行钚浓度分析具有很好的精度,为后续进一步将中子法应用于钚浓度在线监测打下了良好的基础。

利用HPGe铀能谱143～1001 keV能区确定铀富集度的方法研究

在核保障领域,铀富集度是一项重要核查指标。本文提出了一种通过分析235 U、238 U和228 Th(232 U的衰变子体)的特征γ能峰拟合相对探测效率曲线确定铀富集度的方法,编写了铀富集度分析程序。用HPGe探测器对两种化学形态、富集度范围为1.8%~90.2%的铀样品进行了重复性测量。结果显示,富集度的测量分析值与标称值的相对偏差小于3%。

裂变材料中子-伽马脉冲形状甄别几何条件影响的模拟分析

快中子多重性分析技术是当前核材料衡算领域的热门研究方向。针对中子伽马脉冲形状甄别的效果在探测距离很近时明显变差的实验现象展开了研究。使用GEANT4工具箱模拟了液体闪烁体探测器测量裂变中子伽马的粒子输运过程,并基于计算机模拟数据分析了使用BC-501A液体闪烁体探测器测量裂变中子时,裂变物质与探测器的距离(几何效率)对中子-伽马甄别效果的影响。分析的结果与实验现象相符,表明在基于液体闪烁体探测器的核材料属性测量中,若单个探头的探测效率较高,裂变中子伽马脉冲叠加会严重影响甄别结果和测量计数。

运用α扫描分析研究影响Si（Li）探测器性能的某些因素

文章讲述了α扫描分析原理和方法，描述了建立的α扫描分析系统，并运用该系统进行了测量分析工作，取得了有意义的结果。