高功率激光装置中子飞行时间谱仪抗辐射本质安全设计

本文阐述了高功率激光装置上中子飞行时间谱仪的抗辐射本质安全设计。高功率激光装置实验测试中会产生强烈的电磁辐射,对各种测量仪器带来严重的干扰甚至损伤。本文针对高功率激光装置电磁辐射环境,对中子飞行时间谱仪进行了抗辐射本质安全设计,通过结构设计、空间排布以及屏蔽材料设计等方面的优化,增强了中子飞行时间谱仪的抗电磁辐射和电离辐射干扰的能力,提升了设备运行的稳定性与可靠性。

基于中子飞行时间法的ICF内爆热斑离子温度诊断技术

在惯性约束聚变研究中,内爆热斑离子温度反映了热斑能量的高低,对内爆对称性和内爆速度等物理量十分敏感,是理解内爆物理过程不可或缺的重要参数。介绍了一种基于中子飞行时间法的ICF内爆热斑离子温度诊断技术。建立了一种采用塑料闪烁探测器作为中子测量器件的快时间响应中子飞行时间谱仪。谱仪输出时间波形的半高全宽小于1.1ns,上升时间约为0.5ns。描述了基于反卷积运算和低通滤波的飞行时间谱解谱方法。在神光Ⅲ原型装置较低的中子产额和离子温度条件下通过这种诊断技术成功获得了内爆热斑离子温度。

惯性约束核聚变实验中子飞行时间谱仪的时间测量插件

大型的惯性约束核聚变(ICF)设施都采用中子飞行时间(nTOF)探测系统测量离子温度。大阵列中子探测器系统作为国际上使用的最主要探测手段,已成为ICF诊断平均密度半径积?ρR?的标准技术。用于“神光III”原型及主机的灵敏中子探测器阵列的时间分辨期望达到1 ns,为此探测器后的电子学系统的时间分辨期望达到100 ps。采用ACAM公司的GP2作为时间测量插件的核心芯片,我们研制了基于VME总线的多通道TDC时间测量插件,其时间分辨小于61 ps。

不同体积聚乙烯样品泄漏中子飞行时间谱测量与模拟研究

采用T(d,n)~4 He脉冲中子源和中子飞行时间法测量了3种不同尺寸聚乙烯样品在60°方向的泄漏中子飞行时间谱。通过3种模拟模型(点探测器简化模型、点探测器复杂模型和环探测器复杂模型),应用MCNP程序分别模拟得到了泄漏中子飞行时间谱,并与实验数据进行比较。结果显示:对于小体积样品(?13cm×6cm),3种模型的模拟数据和实验结果在n-p散射峰符合均很好;对于大体积样品(30cm×30cm×6cm,40cm×40cm×6cm),采用环探测器复杂模型的计算结果更加接近实验值。该研究工作为将来开展大体积样品基准检验奠定了基础。

ICF中子飞行时间测量电路设计与实现

在惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)实验中,为诊断等离子体区域温度信息,需要通过中子飞行时间法测量中子的能谱,即转化为对探测器的输出信号相对于激光同步脉冲的延迟时间进行精确测量。本文介绍了一种对中子飞行时间进行高精度测量的设计方案,该方案采用恒比定时方法(Constant Fraction Discriminator,CFD)对探测器输出信号进行定时,并利用德国ACAM公司生产的TDC-GP21芯片进行精确时间测量。基于该方案完成的测量电路电子学分辨时间在1 500 ns量程内均优于200 ps。同时,其电子学分辨时间加上探测器分辨时间典型测量结果为217.5 ps。

基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义.为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量,研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置,并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息.采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统,实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化,在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量,其量程为650 ns-10 ms,电子学时间分辨好于10 ns.在CSNS Back-n上开展实验,成功获得了中子束流剖面及10.65μs^10 ms范围的飞行时间谱,对应的中子能量范围约为0.16 eV-0.14 MeV.利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验,验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性.

用中子飞行时间分析氢同位素深度分布(英文)

论述了一种注入或者吸附在材料中的氚和氘的深度分布的测量方法.样品为氚(钛)靶和氘(钛)靶.用2MeV入射质子束,T(p,n)反应研究氚的深度分布;用1MeV入射氘束,D(d,n)反应研究氘的深度分布.用标准的飞行时间方法测量中子能谱。由中子能量确定起反应的质子或氘核的能量。进而得出氚或者氘在钛层中的深度分布.本方法的灵敏度可达0.1at.％.对氚(钛)靶,当靶厚为5mg/cm^2时,深度分辩好于0.5mg/cm^2.

电流模式飞行时间中子能谱测量方法研究

中国散裂中子源在中子学性能调试期间需要发展快速的中子能谱测量系统,希望在一个或几个质子脉冲周期内获得中子能谱。本研究发展了一套高探测效率的电流模式飞行时间能谱测量系统,测量系统由锂玻璃探测器、NI-PXIe-5122数据采集卡、Lab VIEW数据采集控制软件、高压电源等组成。在绵阳研究堆极化中子反射谱仪中子束线上开展了电流模式飞行时间中子能谱测量系统测试,分别测量了中子能谱和中子通量。同时,利用脉冲计数模式飞行时间方法和金箔活化法分别测量了该中子束线的中子能谱和中子通量,将测得的数据与电流模式飞行时间中子能谱测量系统测量结果进行对比,验证了电流模式飞行时间方法测量中子能谱和中子通量的可靠性。

测量几何条件对外中子源激励铀产生的中子和γ飞行时间谱的影响分析

为确定主动法外中子源激励铀材料时中子、γ飞行时间谱的实验测量条件,基于Geant4数值模拟平台建立了D-D外中子源激励铀材料后中子、γ飞行时间谱的计算模型,计算了探测器表面距铀材料中心不同距离下的中子、γ飞行时间透射谱及飞行时间关联符合谱,分析讨论了D-D外中子源激励铀材料时,探测距离、探测时间及探测器角度等因素对中子、γ飞行时间谱的影响。模拟结果表明,实验中样品与中子源之间的距离应小于10 cm,用于记录中子、γ飞行时间透射谱的探测器表面与铀样品几何中心间的距离应控制在80 cm左右,用于探测中子、γ飞行时间关联符合谱的探测器表面与铀样品几何中心间的距离应控制在30 cm左右,且探测器应置于与束流方向成53°夹角的方向上。

MC法模拟不同中子源激励铀材料中子和γ飞行时间谱

为探索中子源激励探测铀材料应用技术,基于Geant4平台建立了中子源激励铀材料模拟中子和γ飞行时间谱的数学模型,模拟计算了利用不同中子源激励铀材料、使用不同探测器计数的中子和γ飞行时间谱,结果与已有相应实验谱特征相符。模拟结果表明:D-D和^(252)Cf源激励得到的中子和γ飞行时间谱有明显差异;在相同激励源和测量几何条件下,使用液体闪烁体探测器和塑料闪烁体探测器记录到的中子和γ飞行时间谱基本相同。本文结果可为外中子源激励探测铀材料技术研究提供参考。

中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量

中国散裂中子源(CSNS)已于2018年5月建设完工,随后进行了试运行.其中的反角白光中子束线(Back-n)可用于中子核数据测量、中子物理研究和核技术应用等多方面的实验.本文报道对该中子束的品质参数测量实验过程以及最终实验结果.实验主要采用中子飞行时间法,利用^(235)U,^(238)U裂变室和~6Li-Si探测器测量了中子能谱和中子注量率,又利用闪烁体-互补金属氧化物半导体探测系统测量了中子束斑的剖面,得到了该束线的初步实验测量结果.其中白光中子的全能谱测量范围eV—100 MeV,给出了不确定度分析;给出了中子注量率两个实验厅位置的满功率值;给出了白光中子在直径60 mm情况下的全能区束斑.通过与模拟结果的比较探讨了以上结果的合理性,并提出了改进计划.这些实验结果为以后该束线的核数据测量和探测器标定实验奠定了基础.

DPF装置脉冲中子测量技术研究

研制了用于DPF装置脉冲中子产额和波形监测的脉冲中子飞行时间-闪烁探测系统。在中国原子能科学研究院高压倍加器上采用电流法和脉冲中子飞行时间方法标定了该系统的D-T和D-D中子灵敏度。根据测量的光响应函数,采用Monte-Carlo方法模拟了塑料闪烁探测器的中子能量响应,由此对中子灵敏度标定结果进行了能量响应修正。利用研制的闪烁探测系统对ING-103型DPF装置的D-T脉冲中子产额和时间波形进行了实验测量,并对测量结果进行了分析和讨论。测量的DPF装置D-T脉冲中子产额在1×109–2×109n/shot之间,中子时间波形的半高宽约为9ns。

^(238)U裂变电离室测量25.5MeV中子注量率

在飞行时间谱仪测量中子能谱的基础上,利用238U裂变电离室测量了中国原子能科学研究院HI-13串列加速器产生的25.5 MeV中子注量率。为验证该裂变电离室测量快中子注量率的可靠性,在中国原子能科学研究院5SDH-2串列加速器上,利用该电离室和伴随α粒子装置同时测量14.8 MeV中子注量率,结果在不确定度范围内一致。

一种用于中子探测高灵敏度扫描变像管

设计一种用于中子探测的高灵敏度扫描变像管.其特点是:不设置狭缝,将大面积光电阴极(30mm)所发射的电子束聚焦成小束斑(1mm)直接进行扫描,再经内置MCP(microchannelplate)电子倍增,使扫描变像管的探测灵敏度得到大幅度提高,可探测中子产额为5×107条件下的激光惯性约束聚变(ICF)中子飞行时间谱,扫描变像管时间分辨率可达约55ps.

利用示踪^(252)Cf中子源的材料鉴别技术

本文叙述了利用252 Cf裂变中子源结合飞行时间技术对包裹进行无损检测的可行性研究,通过联合测量中子和伽玛射线的吸收谱确定样品的平均原子序数,完成被测材料的鉴定。实验采用自发裂变的252 Cf中子源作为白中子源和伽马射线源,用塑料闪烁探测器探测中子和伽马射线。通过LabVIEW程序控制步进电机运动并整合获取的实验数据,实现了待测样品断层扫描数据采集工作的自动化。在对闪烁探测器进行能量和时间刻度后,对几种典型材料组成的样品进行实验分析,采集数据重建其分布图像,确认了用这项技术对材料无损检测的可行性。

基于白光中子源的γ全吸收型探测装置的性能测试

中国原子能科学研究院核数据重点实验室建成了国内首套γ全吸收型探测装置(GTAF)。基于HI-13串列加速器上的中子源,应用瞬发γ法测量^(197)Au样品,建立了(n,γ)反应截面在线测量方法。由于中子源注量率偏低,实验结果不确定度较大。2018年出束的中国散裂中子源反角白光中子源能够提供注量率为7.03×10^(6) s^(-1)·cm^(-2),能量为0.3 eV到几百兆电子伏的中子束,为核数据测量提供了较好的平台。通过重新加工支架和重新封装BaF_(2)探测器模块的方式,将GTAF搬迁至反角白光中子源的实验厅2,中子飞行距离为75.9 m。使用公用电子学系统和数据获取系统测试了GTAF的性能,包括单个BaF_(2)探测器模块的能量分辨率、探测装置整体的时间分辨率和对^(60)Co级联γ射线符合测量的探测效率。测试结果表明,GTAF的性能指标已满足在线实验要求,后续将利用飞行时间方法在反角白光中子源上开展(n,γ)反应截面测量工作。

用于CSNS反角白光中子能谱及注量率测量的快裂变室

即将建成的中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)反角白光中子束线可为核数据测量提供高注量率的脉冲白光中子束流,填补我国核数据测量用白光中子源的空白,提高我国核数据测量水平,满足核能、核技术及基础核物理研究对核数据的需求。该束线建成后,其中子能谱及注量率的精确测量将是开展其它物理实验的基础,快裂变电离室因其独特优点被选为中子能谱和注量率测量探测器。通过实验研究了快裂变电离室的粒子分辨性能、时间分辨性能;确定阴、阳极的合理间距为10 mm,据此测得电离室的时间分辨约15 ns;利用235U样品量计算的探测效率与利用伴随粒子法给出的探测效率在不确定度范围内符合,因此可以标定快裂变室的探测效率。通过这些工作,完成了满足反角白光中子束能谱及注量率测量需求的快裂变室的物理设计。

14MeV伴随粒子中子束的模拟计算

本文用蒙特卡罗方法模拟了T(d,n)α源伴随粒子中子束的能最、空间和飞行时间分布,所得结果与实验数据很好符合.

新的HRMECS谱仪数据分析处理工具

介绍了一个新的中子飞行时间斩波器谱仪HRMECS的数据处理工具JavaCAP。JavaCAP充分利用了Java语言的平台独立性和因特网适用性两个独特的优点 ,以及面向对象的编程手段 ,克服了原有FORTRAN版的局限性 ,重新开发了一系列新的功能。目前 ,JavaCAP已纳入ISAW (integratedspectralanalysisworkbench)中 ,成为ISAW第一个具有数据处理功能的工具软件包。

基于API-TOF的化学战剂无损检测

化学战剂的快速、准确、实时、非破坏性检测和定量分析对防化、反恐和国家安全是非常重要的,伴随α粒子成像的快中子飞行时间法(API-TOF)可用于隐藏的化学战剂无损检测。利用内置伴随α粒子探测器的中子管、屏蔽体、阵列NaI(Tl)探测器、电子学系统和控制系统建立了一套化学战剂的移动式无损检测原型装置。并利用该装置对芥子气、沙林、梭曼、VX、和路易氏剂等战剂进行了检测,检测结果表明,该系统可用于化学战剂的快速、无损检测。