基于信号幅度的^(3)He管中子探测器刻度算法优化研究

本研究针对中国散裂中子源下的高压中子衍射谱仪中核心组件——位置灵敏型^(3)He管中子探测器的刻度问题进行了深入探究。通过实验验证和理论分析,揭示了传统刻度方法中未考虑到的中子信号幅度对刻度参数的影响,以及由此产生的位置分布畸变和空间分辨率降低的问题。为解决这些问题,本研究提出了一种改进的刻度算法,该算法能够有效地考虑中子信号幅度的变化,从而显著改善了探测器系统的空间分辨能力。经过实验结果分析显示,新的刻度算法不仅消除了位置分布的拖尾现象,而且提高了不同位置处的空间分辨率,与理论预期相符。本研究的成果为高压中子衍射谱仪在极端条件下的应用提供了重要的技术支持,并为进一步优化中子探测器的刻度方法和提高中子衍射技术的应用精度奠定了基础。

基于^(6)LiF/ZnS(Ag)和导光束的微型耐高温中子探测器设计与测试

堆内中字注量率的测量对于反应堆的安全运行至关重要。闪烁体光纤中子探测器因其工作稳定、抗干扰能力强以及能够深入狭窄空间的特性在堆内中字注量率在线监测中发挥重要作用。将^(6)LiF/ZnS(Ag)混合材料和导光束相结合,设计了一种微型耐高温中子探测器。使用蒙特卡罗软件Geant4和光学仿真软件Trace Pro完成了探头结构的优化设计,并采用毛细玻璃管解决了粉末状闪烁材料在形状应用上的限制,显著提高了光产率。利用中国核动力研究院零功率实验堆和南华大学中子实验放射源进行了性能测试,结果表明探测器高温工作稳定性好、计数率高、响应灵敏以及γ抑制能力强,具备相对中字注量率在线监测能力,为将来适用于更高温度环境的高计数率微型闪烁体中子探测器的研制奠定了坚实基础。

用于中国散裂中子源闪烁体中子探测器的^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏性能研究

^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏是闪烁体型中子探测器的重要组成部分,其性能优劣会直接影响着探测器的应用,为了筛选出满足中国散裂中子源(CSNS)上工程材料中子衍射谱仪和能量分辨中子成像谱仪的中子探测器需求的高性能闪烁屏,利用中国散裂中子源的20号中子束线,系统研究了AST公司的多种^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏样品的相对热中子探测效率和中子信号积分谱,并通过刻度光测试系统中的光电倍增管得到这些样品的出射光产额,选取出用于闪烁体中子探测器的最佳闪烁屏材料。研究结果表明,^(6)LiF∶ZnS(Ag)质量分数比为1∶2,基底材料为塑料,闪烁屏厚度为300μm的AST-26139闪烁体样品性能较高,满足中子谱仪的中子探测器需求。

基于LaBr_3:Ce探测器的^(241)Am-Be中子源测井研究

针对国内中子测井所使用探测器探测效率不能满足实际应用的情况,采用^(241)Am-Be中子源和LaBr_3:Ce探测器在中石油公司一个放射性同位素中子测试井中对H、C、Fe等几种地壳元素进行了测量,并与现今测井常用的锗酸铋(Bismuth Germanium Oxide,BGO)探测器进行对比测量。测得的能谱结果对比发现,进行地壳元素测量时LaBr_3:Ce探测器比BGO探测器具有更高的能量分辨率,并且在相同外部测试条件下BGO探测器探测到Fe峰非常微弱。因此将LaBr_3:Ce探测器进一步应用到测井中的市场前景广阔。

利用便携式D-D中子发生装置测试 ^(3)He中子探测器的性能

对便携式D-D中子发生装置进行产额测试、验证及均匀性、稳定性测量,并将其用于对批量中子探测器的中子响应检测。实验结果表明:D-D中子发生装置的中子产额能够满足相关国标的要求;与252Cf中子源测试结果进行产额验证,偏差为-7.4%;D-D中子发生装置中子场的不均匀性为10%,中子产额的稳定性为7.0%;批量_(3)He中子探测器的检测结果表明采用D-D中子发生装置进行检测是可行的,可为中子发生装置代替同位素中子源对_(3)He中子探测器检测提供技术参考。

^3He球形4π中子探测器的设计研究

介绍了一新型的用于(n,2n)反应截面测量的由"80根3He正比计数管和聚乙烯慢化体"组成的3He球形4π中子探测器的优化设计,并采用蒙特卡罗方法计算了探测器系统的单位中子能量注量响应,提高了探测器的设计效率,也为实验验证提供参考依据。

^(3)He中子探测器小型直流高压电源设计

介绍了低纹波、低功耗^(3)He中子探测小型直流高压电源的设计。该直流高压电源核心部分采用MAX1771芯片、电感和MOS管构成自激振荡,并经后级的多级倍压电路进一步放大输出电压,滤波电路选用π型滤波网络,纹波可控制在20 mV以内。测试结果表明:该直流高压电源输出电压范围为1.0~1.5 kV可调,输出电流最大可达到0.535 mA,静态功率损耗最大为0.3 W,总体指标达到^(3)He中子探测器的电源要求。

信号采样对Cs_(2) LiYCl_(6):Ce^(3+)探测器中子-伽马甄别性能的影响

针对核脉冲信号数字处理中采样率与采样深度对粒子脉冲形状甄别效果的影响问题,本文基于Cs_(2)LiYCl_(6)∶Ce^(3+)(CLYC)探测器进行^(239)Pu-Be中子场中子/伽马射线混合信号采集,研究几种中子/伽马射线脉冲波形甄别算法以及这些算法对波形采样率和采样深度的适应性。研究结果表明:基于积分算法的电荷比较法与内积算法的k-means聚类配合向量投影法对采样率、采样深度、噪声的适应能力都好于基于微分算法的脉冲梯度法;由于k-means聚类配合向量投影法对向量维度敏感,在抗低采样率方面不如改进的电荷比较法,而在抗低采样深度方面二者能力相当;XGBoost和LightGBM这2种机器学习算法在采样率降至12.5 MS/s和采样深度降至4 bit后仍可获得100%的甄别准确度,在波形采样率和采样深度较低时相比传统算法优势明显。

桶型^(3)He中子探测器探测效率标定装置设计分析研究

基于后处理生产的^(3)He中子探测器,开展了桶型中子探测效率标定装置的材料选择及功能结构设计分析,使用MCNP程序构建了装置及^(3)He探测器的相关计算模型,根据生产过程及设计需求,分别分析了桶型中子探测效率标定装置慢化层的慢化效果,及不同位置多根^(3)He管中子探测器的探测效率,并计算了源管、探测器上方及屏蔽体周围的剂量,结果表明该装置的慢化能力及屏蔽效果良好,放射性剂量水平满足辐射防护要求。

脉冲DT中子场中的CeF_3、ST401闪烁探测器输出比对

本工作对国内近年新研制的CeF3用于γ测量时的抗中子干扰能力进行研究,在脉冲DT中子源场中对分别由CeF3 和ST401构成的闪烁探测器输出进行比较测量。在相同测点中子注量率情况下的测量结果表明:ST401探测器的输出电荷比同体积的CeF3 高10多倍;ST401探测器的电流输出峰值幅度比同体积的CeF3 高30多倍。由此可得到CeF3 对中子相对不灵敏,在n、γ混合辐射场中测量快γ辐射时,该无机晶体将是一种较合适的候选闪烁体。

CeF_3闪烁探测器对DD中子的相对灵敏度

用国内近年新研制的CeF3闪烁体和常用闪烁体ST401分别配特性相同的光电倍增管,构成两种闪烁体探测器,在强度不随时间变化的DD中子源场中测量了这两种闪烁探测器的相对灵敏度,测量结果表明:CeF3闪烁探测器对DD中子的灵敏度比同尺寸ST401的灵敏度低一个量级以上。

用薄膜^(252)Cf源测定ST451快中子探测器的相对效率

本文叙述了用飞行时间测量^(262)Cf瞬发裂变中子能谱来刻度ST 451探测器的快中子相对效率响应的方法。在飞行时间谱仪中,一个流气式的微型电离室作为裂变碎块的探测器。文中给出了对实验数据的处理和修正的过程。得到了阈值分别为0.420、0.625、0.825、1.168、1.565和1.882MeV中子能量从几百keV到10MeV范围内的相对探测效率。实验结果与用Monte Carlo方法计算的效率作了比较。

利用新型CeBr_(3)探测器测量^(238)U活度研究

将新型高分辨率CeBr_(3)闪烁体探测器应用于天然样品中^(238)U活度测量,利用实测谱数据分析了该新型探测器通过1 001 keV(^(234m)Pa)能量峰测量^(238)U活度的可行性,并与高分辨率HPGe半导体探测器进行了样品的测量对比。结果表明:该新型探测器可将1 001 keV与969 keV(^(238)UAc)区分开来,利用1 001 keV分析样品中^(238)U结果与HPGe一致,可用于室温条件下天然样品中^(238)U活度测量。

载^6Li塑料闪烁探测器中子能量响应的实验研究

为提高塑料闪烁探测器对低能中子的探测灵敏度,根据中子灵敏度补偿原理研制了载6L i塑料闪烁探测器。利用串列加速器中子源对几种新研制的载6L i塑料闪烁探测器中子能量响应进行了实验标定,获得了几种掺不同6L i浓度的塑料闪烁探测器的中子能量响应曲线。实验结果表明,载6L i塑料闪烁探测器对低能中子确有较高的探测灵敏度。

BF_3中子探测器阵列探测效率的蒙特卡罗计算

在用241Am-B e中子源对BF3中子探测器阵列探测效率标定的基础上,用蒙特卡罗方法对其探测效率进行了模拟计算,获得了比较满意的结果。然后用蒙特卡罗方法对BF3中子探测器阵列的探测效率进行了研究。研究结果表明,焦面探测器具有较好的探测效率。

基于新型CeBr_(3)探测器井下γ能谱测量^(238)U关键技术研究

为实现铀资源勘查中无需铀镭平衡修正、镭氡平衡修正,通过现场测井技术便可直接获取地层铀含量,研究了基于新型溴化铈(CeBr_(3))探测器的井下γ能谱测铀技术。针对井下地层铀矿体高强度γ射线的采集需求,设计了基于FPGA的快速数字化信号采集处理系统,实测获取了标准饱和模型井的γ射线谱,并分析了来自镭系214 Bi的934 keV及1120 keV对于1001 keV能峰的剥谱影响,构建了1001 keV能峰处铀镭比例系数,最后利用1001 keV能峰剥谱后的净面积计算了^(238) U含量,并在国家标准饱和模型井实测验证。结果表明,利用1001 keV能峰在各标准饱和模型井的^(238) U测量值与标称值相对偏差均在±10%以内。

非准直中子场能谱测量用多测量面~3He探测器理论设计

利用Geant4软件模拟计算了5种具有较好对称性的多测量面结构探测器对不同方向入射中子的探测效率。计算结果表明,具有对称性的多测量面结构探测器对不同方向入射的中子具有较好的探测效率响应方向一致性。其中球形正比探测器加6只圆形半导体探测器的结构芯体在各方面表现最均衡,具有应用于非准直中子场能谱测量的潜力。

用镅—铍中子源刻度CR-39固体径迹探测器

目的 刻度CR -3 9固体径迹探测器。方法 用 1.85GBq 2 41Am -Be中子源的快中子辐射场对CR -3 9核径迹探测器进行剂量刻度实验。结果 在CR -3 9辐射面加质量厚度为 3 4mg·cm-2 聚乙烯辐射体时径迹密度是不加的 3 .14倍 ,70℃的 6.2 5mol/LNaOH溶液蚀刻 6h做为化学蚀刻条件 ,CR -3 9对中子的探测效率为 7.42× 10 -5,剂量当量刻度系数为 5 .45 μSv/径迹·cm-2 ,探测下限为 40 .0 μSv。

井下3He中子探测器模拟前端电路的研究

为提升3He中子探测器在井下应用时电信号提取的质量,降低各种噪声对3He中子探测器输出信号的污染,提高中子能谱测量和中子通量分布测量的精准度,提出了一种适用于井下应用的3He中子探测器模拟前端电路的设计。通过对3He中子探测器输出电信号模型进行分析,结合石油测井应用对中子探测信息提取要求,采用电荷灵敏放大器配合极零相消电路与比例放大电路构成探测器信号提取前置电路,后级配接积分整形放大电路,实现中子脉冲信号信息提取前0V^3.5V范围内精密准高斯脉冲信号成形。经实验测定,脉冲信号成形后信号幅度非线性小于1%,脉冲展宽约4.7μs左右,可有效提升井下中子脉冲分析的可靠性、精确性。

4π平坦效率3He中子探测器阵列的设计与模拟分析

平坦效率对于实现光中子反应的单中子、双中子和三中子事件的区分和截面的计算非常关键。介绍了一种用于逆康普顿散射γ源(Shanghai Laser Electron Gamma Source,SLEGS)光中子(γ,n)截面测量的4π平坦效率3He中子探测器阵列的设计与模拟。采用Geant4程序对平坦效率3He探测器的优化布局和效率进行了模拟,针对设计的由20只Φ50 mm×500 mm 5 cm 3He正比计数管和6只Φ25 mm×500 mm 3He正比计数管组成的4π平坦效率中子探测器,模拟给出探测器平均效率曲线在1 keV^6 MeV的效率为34.4%~45.9%。模拟中以209Bi靶为例,靶尺寸为Φ20 mm×4 mm,通过对产生中子的角分布,能谱的模拟计算,发现中子出射角度在90°对称,探测器的4π布局能够完全覆盖入射到聚乙烯慢化体的中子,出射中子能量随着中子分离能呈现出规律的变化关系;随着γ能量增加,出射道开放增多,出射中子的能量总是分布在1 keV^4 MeV之间,探测器阵列在这一能区的平均效率为40%~46%。