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。

^(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。

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。

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。

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%。

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。

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。

涂硼稻草管中子探测器等效MC模型研究

建立了一种涂硼稻草管中子探测器等效MC模型的方法。使用典型的^(3)He或BF_(3)探测器模型来等效涂硼稻草管中子探测器,通过Am-Li源的探测效率实验,确定等效的^(3)He或BF_(3)探测器模型参数。将此等效模型应用于钚溶液实验,使用等效^(3)He模型计算的探测计数率与实测计数率相差较小,验证涂硼稻草管中子探测器等效MC模型的可行性和准确性。实验表明:本等效MC模型方法可推广应用到其他难以建立有效MC计算模型的探测器。