基于半经验法多球中子谱仪校准

基于半经验法扣除中子散射本底,提出了一种多球中子谱仪校准的新方法。首先用热中子参考辐射装置校准多球中子谱仪各中子球内He-3正比计数器的探测效率。用多球中子谱仪各中子球单独测量参考^(241)Am-Be中子源,结合半经验法扣除散射,给出了各中子球的注量响应。结合两者实验结果,获得^(241)Am-Be源能谱并给出谱仪注量响应。结果表明,校准的多球中子谱仪具备快中子区测量能力。

集成式多球中子谱仪球球干扰影响

模拟计算了集成式多球中子谱仪7路测量通道同时工作与每路测量通道独立测量时的能量响应函数。两种测量模式的能响比值结果显示,球球干扰的影响随着慢化球尺寸增大而减小;对小尺寸慢化球球球干扰随着中子能量增大而增大。

基于DT中子源的模拟现场中子谱装置结构设计方法研究

中子剂量与能量关联性较大,针对校准场的能谱与现场工作场所的能谱不同导致校准设备的现场实用存在剂量测量值与实际值偏差较大的问题,采用模拟现场谱技术校准设备将使剂量测量更准确。结合压水堆及核燃料循环现场中子谱的特点,基于DT中子源研究压水堆场所模拟现场中子谱模块化构建方法和装置结构设计方法研究,通过分析T(d,n)4He反应能谱和角分布规律,采用平均能量14.1 MeV高斯分布各向同性发射的点源近似DT中子源;根据中子与物质相互作用截面,选择14种备选材料,分析相对中子注量比和平均中子能量,从中子倍增、能量衰减、能谱调节及实用性角度对构建模拟谱装置的材料进行了选型。选择压水堆主泵房间和反应堆厂房两个现场目标谱,设计主慢化组件、调节层和反射组件,构建了针对两目标谱的模拟现场谱及装置结构。结果表明,建立的模拟现场谱构建方法有效,模拟谱与归一化目标谱匹配良好,且采用模块化设计,可拓展性强,可以适应多种现场目标谱构建模拟谱。

基于多球中子谱仪的解谱算法研究现状

基于有限的探测器响应计数求解中子能谱是一个典型的非适定问题,高效准确求解能谱具有较大困难。针对该问题,广泛调研了基于多球中子谱仪求解中子能谱的原理与数学模型,指出中子解谱面临的最大困难在于先验信息的缺失;从利用先验信息的角度讨论了目前常见中子解谱算法的原理与特点;在如何利用先验信息的统一框架下,分析了最小二乘法、奇异值截断法、正则化方法、智能算法和压缩感知算法在中子解谱中的应用,指出不同解谱算法的本质区别在于利用先验信息种类和形式的不同。为准确求解能谱,须在解谱算法中合理地增加关于能谱的先验信息,在信号处理领域出现的新理论与新方法可被借鉴用于中子解谱问题,通过进一步挖掘利用先验信息来改善求解能谱的结果。

抽注水多层同心球中子谱仪手机控制APP设计

针对本课题组自主研制的抽注水多层同心球中子谱仪缺乏手机端控制软件的问题,基于Android Studio 4.2平台设计开发了抽注水多层同心球中子谱仪控制助手APP。该APP通过WiFi通信实现与下位机之间的数据传输,采用多线程技术实现了用户管理、水层管理、设备监控、系统设置、数据管理等功能,可自由实现控制一个或多个水层组合状态。经测试,所设计的APP运行流畅、界面简洁、人机交互友好,提升了操作的便捷性,具有较好的实用性,能够满足手机控制抽注水多层同心球中子谱仪中球层抽水和注水的控制需求,进一步完善了抽注水多层同心球中子谱仪系统。

同位素中子源参考辐射能谱测量及模拟中子谱分析

不同成分中子参考辐射场是对中子防护材料性能测试的基本条件。为获得较理想的测试中子防护材料的中子参考辐射场,构建基于3He正比计数管的多球中子能谱测量系统,对基于^(241)Am-Be和^(252)Cf中子源的中子辐射场慢化情况进行MCNP模拟和能谱实验测量。为准确判断实验室校准参考位置的中子散射情况,基于多球中子能谱测量系统,开展了中子散射成分测量。采用ICRP推荐的注量-剂量转换系数对能谱进行了剂量率转化,与使用长计数器的测量结果进行比较,发现在校准参考位置的剂量率相对偏差≤20%。开展了聚乙烯慢化同位素中子源获得特定能谱的实验研究,进行了慢化谱的模拟计算和实验测量,两者结果符合较好。该工作为后续的中子计量测试和中子防护材料测试提供了可用的中子参考辐射场。

微型中子源反应堆中子谱参数测量

以Au、Zr和Fe为活化探测器,采用裸探测器法测量中国原子能科学研究院微型中子源反应堆的中子谱参数f、α、fF和φth。内辐照座的α、f和fF分别为-0.007±0.003、20.8±0.4、5.5±0.2。该方法对φth的测量结果与4πβ-γ符合法的一致,相对偏差小于2%。与SLOWPOKE相比,微堆有较高的α、fF值。与已有测量数据的比较表明,微堆中子谱在很长一个时期内是稳定的,利用微堆作为中子源的k0法中子活化分析不需中子注量率监测器,且比较器一经照射和测量后,可用于其后较长时间内所有分析的计算标准。

中子谱仪样品台几何误差建模和灵敏度分析

介绍了中子衍射残余应力测试谱仪样品台的结构和基于标准探针的定位测量方法;利用多体运动学和齐次变换矩阵建立了基于标准探针定位测量方法的样品台定位误差模型;最后分别对模型中涉及的42个误差分量进行了定位误差的灵敏度分析。分析结果对中子衍射残余应力测试谱仪样品台的精度设计具有参考作用。

基于IDL的中子谱仪样品台运动仿真

为实现对中子谱仪的标定数据处理,完成中子谱仪样品台运动仿真,利用交互式数据语言(IDL)进行了人机交互界面的软件开发,实现了样品台移动样品进行衍射测量的运动仿真。针对实际标定过程的需求确定了界面流程,从而设计出界面布局,分析了三维可视化原理,从而建立起样品台三维场景,构建了事件管理机制,从而实现人机交互;建立了样品台运动仿真计算模型;针对实验数据进行了实例演示。仿真结果表明:样品台可将样品中各个测量点依次移动到中子衍射点,并将测量矢量对齐散射矢量,实现了中子衍射测量。

基于双全站仪的中子谱仪样品台位姿标定方法

中子谱仪样品台是实现样品上待测量点精确移动到衍射点并实现待测量矢量与Q散射矢量对齐的功能,从而进行残余应力测量。提出了一种基于双全站仪的位姿标定方案来实现样品台的以上功能,采用双全站仪测量系统和便携式激光扫描臂系统对各个坐标系进行标定。分别设计了样品坐标系、四轴样品台坐标系、中子谱仪衍射坐标系和全站仪坐标系的标定方案,并精确地设计了基于基准球的标定方案,由刚体变换法求得样品坐标系和全站仪坐标系之间的位姿转换矩阵,对样品上待测量点进行运动求解得到样品台的运动指令,并进行了实验验证。实验结果表明该方案能实现待测量点精确移动到衍射点,使待测量矢量与Q散射矢量对齐。

基于冷中子谱的紧凑型中子自旋倒相器设计

为节省极化中子散射谱仪传输光路的空间,实现特定冷中子谱的极化中子高效率自旋翻转,使用在空间上自然衰减的前端多层膜极化器静磁场作为中子自旋倒相器的导向磁场,在空间上形成了紧凑型冷中子自旋倒相器设计模型。介绍了实际模型物理参数的计算方法。对前端极化器静磁场在空间上的自然衰减进行了实验测试,根据测试结果及拟使用冷中子波段,针对设计的紧凑型中子自旋倒相器的相关参数进行了优化计算。模拟了极化中子在实际复合磁场中的自旋翻转图像,计算了自旋倒相器的翻转效率。对设计的紧凑型中子自旋倒相器进行了翻转效率物理实验测试,测试结果表明:设计的中子自旋倒相器翻转效率可在99.2%以上,达到了预期设计指标,可用于极化冷中子散射谱仪。

材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪热中子导管概念设计

针对中国先进研究堆(CARR)正在建造的材料与构件深部应力场及缺陷无损探测中子谱仪所需的热中子导管,开展模拟计算与概念设计。首先根据CARR内的现场情况和该谱仪的整体要求设计热中子导管的内部截面尺寸为90 mm×160 mm,整体长度为19.7 m,导管长度分为3组;然后根据这些参数开展蒙特卡罗模拟,通过比较导管镀层的特征增殖因数m分别为1、2、3、4、5、6时导管末端的中子强度二维空间分布、水平方向发散角分布、波长分布等主要性能指标的模拟结果,选定m=3,并以此完成了导管的参数设计。

^（235）U裂变中子谱的平均（n，p）反应截面的系统研究

综合讨论了不同靶核在^（２３５）Ｕ裂变中子谱上的平均（ｎ，ｐ）反应截面，提出了描述（ｎ，ｐ）反应截面与靶核反对称参数（Ｎ－Ｚ）／Ａ之间关系的经验公式。

基于裂变γ标识技术的瞬发裂变中子谱测量新方法

瞬发裂变中子谱(prompt fission neutron spectrum, PFNS)是用于核实验诊断过程中十分重要的参数数据,传统的测量主锕系核素(U, Pu) PFNS的技术手段是采用裂变室,利用裂变碎片标识裂变中子,通过中子飞行时间技术获得裂变中子谱.目前出现了一种新的用于PFNS测量的技术,其原理是基于如下的物理事实:在一次裂变过程中,释放中子的同时伴随着释放7—8个γ射线光子,而非弹性散射效应产生的γ射线光子只有1—2个.据此,可以通过裂变γ射线的多重性将裂变中子和其他杂散中子甄选出来,达到测量PFNS的目的.本文建立了基于裂变γ标识技术的PFNS测量实验系统.利用该系统对^(252)Cf中子源的PFNS进行了实验测量,测量结果与传统的裂变碎片标识法及ENDF/B-VII数据库的标准谱进行了比较,对新方法的裂变标识率以及实验不确定度也一并进行了分析.

单球中子谱仪的能量响应模拟及解谱方法研究

本文阐述了单球中子谱仪的原理,介绍了基于单慢化球和19对6Li-7Li闪烁体探测器构成的单球中子谱仪的结构及解谱方法,使用蒙特卡罗中子输运程序模拟了单球中子谱仪的中子响应函数。计算结果表明,该谱仪具有较好的空间对称性,能根据谱仪中各探测器的计数对源的大致方位进行判断;模拟了单球谱仪在241Am-Be源照射下各探测器的计数,使用Unfolding with Maxed and Gravel (UMG)解谱程序在不同解谱算法以及初始谱的情况下对模拟数据进行解谱计算,在使用最大熵散发以及与源项相同的预置谱的情况下,解谱结果最为准确,验证了响应函数的准确性。

基于扩展型多球中子谱仪的中子能谱测量

为了有效地测量加速器辐射场的中子能谱,论文通过FLUKA模拟的辐射场中子能谱和探测器能量响应选择出合适的扩展型多球中子谱仪、利用基于少道解谱理论的解谱程序来得到实验能谱以及积分注量统计。并通过计算与实验计数率的对比证明了该方法测量中子能谱的可行性,同时分析了实验的不足并给出了改进的建议。

镓样品泄漏中子谱的测量与分析

基于中国原子能科学研究院的中子学积分实验装置,利用BC501A液体闪烁体探测器,结合飞行时间法(TOF)测量了镓样品的泄漏中子谱。采用MCNP 4C程序进行了模拟并与实验泄漏中子谱进行了比较,对ENDF/B-Ⅶ.1、JEFF-3.2、TENDL-2015数据库中镓核中子评价数据进行了宏观基准检验分析,并与TALYS程序计算结果作对比。研究结果显示:在9 MeV以下能区,TENDL-2015库与实验结果符合很好;在弹性散射能区,JEFF-3.2和TENDL-2015库与实验结果符合较好;对于12 MeV左右的非弹性散射峰,JEFF-3.2库与实验结果符合较好,TALYS计算结果显示该部分主要来自镓核分离能级的贡献。

以水作为慢化体的多球中子谱仪模拟与解谱研究

中子能谱的测量是核辐射探测领域的一个重要研究课题,它在整个中子辐射防护检测中具有重要地位,与中子辐射剂量关系密切.多球中子谱仪是进行中子能谱测量的常见工具,具有非常多的优势,首先操作简单方便;其次功能强大,主要表现在测量范围上,相比较于其他类似设备来说要大许多;最后在灵敏性方面十分出色.本研究分别采用水和聚乙烯作为多球中子谱仪的慢化体,使用蒙特卡罗程序Geant4,计算了10-9~102 MeV能量范围中60个能量点的响应函数,并分析比较;利用Gravel少道解谱算法,对不同中子场中的水慢化体多球中子谱仪测量数据进行解谱,数据显示水可以用作慢化体在设备中使用.该研究为水用作慢化体在设备中使用提供了理论和模拟研究基础.

在线式多球中子谱仪球球干扰模拟研究

为降低在线式多球中子谱仪在测量中同时使用多个慢化球时由于球球干扰导致的测量误差,利用MCNP程序模拟了干扰球半径、探测球半径、球球距离3个因素对球球干扰的影响。综合模拟与实际测量结果,设计了一套慢化球放置方案。实验验证表明:该套方案可将干扰降至可接受水平,可为在线式多球中子谱仪的研制提供理论支持和数据参考。

^(241)Am-Be强中子源刻度多球中子谱仪

对多球中子谱仪进行刻度是保证测量结果准确可靠的重要前提.本次刻度实验利用中国原子能科学研究院^(241)Am-Be强中子源,测量了多球中子谱仪内含3He管探测效率.通过多球中子谱仪各中子球单独测量^(241)Am-Be强中子源,结合影锥法扣除散射本底,得到了^(241)Am-Be源能谱.基于刻度实验能谱与参考能谱比对,计算出多球中子谱仪剂量率刻度系数.基于中子球计数率不确定度估计了多球中子谱仪剂量不确定度.实验结果表明,所刻度的多球中子谱仪能够准确测量快中子场能谱.