定时氘氚中子管设计

设计了一种新型的具有定时功能的氘氚中子管,取代252Cf源作为核材料识别系统与反应堆噪声分析系统的驱动中子源。定时氘氚中子管在氘氚中子管上装一个α粒子探测器,通过测量T(d,n)4He反应放出的α粒子,获取中子发射的时间信息。该设计方案立足于国内现有的中子管制造工艺,可以满足噪声分析系统的技术要求。

氚靶片核素组成对氘氚中子源强的影响

氘氚中子源通过氘离子束轰击氚靶片引发氘氚聚变反应,产生 14.1 MeV 高能中子。高能中子调控后亦可产生宽能谱中子场,是先进核能及核技术交叉应用研究的重要实验平台。作为中子源的核心部件,氚靶片由靶片基底和储氚薄膜组成,其中储氚薄膜的核素组成会影响氚原子密度与入射氘离子射程,最终直接关系到中子源强的高低。本文基于 MATLAB 和 SRIM 软件建立氘氚中子源强计算模型,对比计算了不同新型储氢金属材料组成的储氚薄膜(TiT2、MgT2、Mg2NiT4、VT2、LiBT4和 LaNi5T6)和不同氘离子能量对中子源强的影响。计算结果表明,在同等束流条件下,MgT2的中子源强相比 TiT2可提高 30%以上,且制备工艺较为成熟,是氘氚中子源的优秀储氚薄膜材料。

超快猝灭塑料闪烁探测器氘氚中子灵敏度标定

本文概要介绍了超快猝灭塑料闪烁探测器特性，并在不同闪烁体、光导和微通道板光电倍增管的组合条件下用１０ｎｓ脉宽的窄脉冲中子管对探测器的Ｄ－Ｔ中子灵敏度进行了标定。由这些标定数据推算出的探测器不同条件下的Ｄ－Ｔ中子灵敏度与实测数据在误差范围内是一致的。

基于氘氚中子源硼中子俘获治疗的中子慢化整形研究

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是一种具有广阔前景的癌症治疗方法。氘氚中子源是未来可供选择的BNCT中子源之一,由于氘氚中子源产生的中子能量为14.1 MeV,不能直接用于BNCT,需要进行束流慢化整形。使用蒙特卡罗模拟程序MCNP5设计了相应的束流整形组件(Beam Shaping Assembly,BSA),模拟验证了用半径为14 cm的天然铀球做中子倍增层的优越性,计算结果表明:采用50 cm厚的BiF3和10 cm厚的TiF3组合慢化层,17 cm厚的AlF3补充慢化层,0.2 mm厚的Cd热中子吸收层,3.5 cm厚的Pb作为γ屏蔽层,以及10 cm厚的Pb反射层,获得了较为理想的治疗中子束,输出中子束的空气端参数满足国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)的建议值。

塑料闪烁探测器氘氚中子灵敏度标定

为了测量ＬＦ－１２装置激光聚变Ｄ－Ｔ中子产额，我们通过ＮＳ－２００加速器和脉冲中子管对实验所用几个塑料闪烁探测器的Ｄ－Ｔ中子灵敏度进行了标定，给出了各探测器在不同条件下的Ｄ－Ｔ中子灵敏度值。加速器和脉冲中子管两种方法的测量误差分别为±１３％和±５０％，两种标定结果在误差范围内是一致的。

强流氘氚中子源用TiD_(2)靶膜制备技术研究

基片镀膜是氘/氚靶制备过程的重要工序,靶膜的性能直接影响充氘及中子实验。本文对去除表面污渍和氧化层后的基片采用磁控溅射进行镀膜,研制性能优良的强流氘氚中子源用靶膜。采用扫描电镜观察膜层表面外观形貌,根据称重法用电子天秤测量理论膜厚,使用划痕仪分析膜层结合力,并通过电子探针分析膜层的杂质元素含量来表征靶膜的性能。结果表明,磁控溅射镀膜后膜层颗粒度细小、分布均匀,同时膜层表面杂质小于6.0%。镀膜后基片的活化充氘实验表明,氘/钛(原子比)最高可达1.98,满足中子产额实验要求,可进行后续中子实验。

基于模糊FMEA和灰色理论的中子管故障风险分析

中子管是一种应用广泛的可控中子源,然而目前国产中子管的可靠性水平与国外相比还有一定的差距。基于密封氘氚中子管的结构组成,采用模糊FMEA和灰色关联理论对中子管各个故障模式进行了风险分析,得出了中子管故障模式的风险水平及排序。研究结果表明:模糊FMEA方法和灰色关联理论可有效地用于密封氘氚中子管的故障风险分析,中子管故障风险前5位的故障模式为加速极高压加载异常、管体高压击穿、靶膜脱落、离子源阳极引线断路和管体焊缝开裂。

利用伴随α粒子能谱分析固体氚靶中氚浓度深度分布

在目前的氘氚中子发生器源中子分析过程中,固体氚靶中氚浓度深度分布信息的缺失是普遍遇到的问题。为解决此问题,本文建立了利用伴随粒子能谱反演氚浓度深度分布的模型,采用来自氚钛靶的α实验能谱作为模型测试对象,通过该模型获得了氚钛靶中氚浓度深度分布的数据。结果表明,氚浓度随氚钛靶深度的增加呈双峰趋势,两峰之间的氚浓度波谷位于靶中0.94μm处,该深度正是入射氘粒子的射程极限。所得的氚浓度深度分布趋势与其他实验方法测量结果相符,表明该模型能为氘氚中子发生器的源中子分析提供即时的氚浓度深度分布信息。

随钻D-T中子孔隙度测井屏蔽体的蒙特卡罗研究

为了消除石油测井中化学中子放射源使用的危害,针对使用氘-氚(D-T)中子发生器的随钻中子孔隙度测井仪器,利用蒙特卡罗模拟方法,分层计算了多种屏蔽材料对不同能量中子的慢化和屏蔽效果,并分析了使用各种屏蔽材料的测井仪器在石灰岩地层的响应规律。结果表明:使用D-T发生器的随钻中子孔隙度测井仪器的最佳屏蔽体为12cm钨与6cm碳化硼的组合,此时屏蔽效果最好、响应地层孔隙度的灵敏度最高。

随钻D-T中子孔隙度测井低灵敏度和岩性影响校正方法研究

为了提高随钻氘-氚(D-T)中子孔隙度测井的测量精度,通过研究其在多种岩性、孔隙度地层中的响应,对比与化学源的响应差异,分析所测孔隙度灵敏度及精度偏低的原因,并提出对应的校正方法。结果表明:由于D-T源能量较化学源高,地层密度对含氢指数测量影响增强,使得随钻D-T中子孔隙度测井地层孔隙度灵敏度偏低,且受到泥页岩效应的影响较大;密度校正后,地层孔隙度灵敏度显著提高,且受到岩性的影响降低,尤其是泥页岩效应几乎被完全消除。因此,通过对随钻D-T中子孔隙度测井结果的校正,测量灵敏度和精度都得到大幅提高,可以较好地替代化学源测量地层中子孔隙度。

基于D-T中子源的板状铌样品的评价数据基准检验实验

利用中国原子能科学研究院核数据国家重点实验室的脉冲化氘氚聚变中子源产生的14.5 MeV单能中子,通过飞行时间法,测量了5、10、15 cm厚度板状铌(Nb)样品在与60°和120°两个方向上的泄漏中子飞行时间谱。利用蒙特卡罗模拟软件MCNP-4C进行了泄漏中子飞行时间谱的模拟计算,分别获得了CENDL-3.1、ENDF/B-Ⅷ.0和JENDL-4.03个数据库中Nb评价数据的模拟结果。通过各数据库不同能区的模拟结果与实验结果的比值(C/E),对3个数据库中^(93)Nb与14.5 MeV中子作用的角分布和双微分截面等相关评价数据进行了检验,重点分析了CENDL-3.1库的数据。结果表明,CENDL-3.1数据库的模拟结果在弹性散射能区、非弹性散射能区以及(n,2n)反应能区与实验结果均存在一定的偏差。而JENDL-4.0数据库除在120°弹性散射能区有高估现象,其他能区的模拟结果与实验结果均符合较好。ENDF/B-Ⅷ.0数据库的模拟结果除在60°方向弹性散射峰偏低外,其他能量范围的模拟结果均高于实验。

基于D-T聚变中子源的双功能液态铅锂包层中子学实验

中国双功能锂铅包层(Dual Functional Lithium-Lead,DFLL)是由中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所设计的用于聚变反应堆的液态包层。由于聚变反应堆氚增殖包层的设计高度依赖于中子计算,为验证DFLL包层设计中所使用的核数据库和仿真软件,建立了DFLL包层实验模块,并基于D-T聚变中子源开展一系列中子学实验。然后选用Nb活化箔和^(238)U裂变电离室分别进行中子产额测量和相对中子源强度监测,并用Li_(2)CO_(3)活化片和多活化箔分别测量了DFLL包层实验模块不同深度处的产氚率(Tritium Production Rates,TPR)和多活化箔反应率;最后采用SuperMC程序结合JEFF3.2核数据库进行蒙特卡罗模拟计算,并将模拟结果与实验测量的TPR和反应率进行比较。结果表明:中子源强测量不确定度控制在4.2%以内,产氚率的计算结果与实验结果比(Calculation results to Experimental data,C/E)在1.0~1.07区间吻合,多活化箔反应速率在0.77~1.1区间吻合,验证了包层中子学设计中氚增殖率计算的准确性。

反冲质子磁谱仪的性能模拟与分析

采用蒙特卡罗和束流光学方法,对反冲质子磁谱仪系统的中子-反冲质子输运及反冲质子在磁场中的偏转和聚焦的全过程进行了物理建模,基于Matlab平台,开发了带电粒子输运模拟计算程序,模拟了反冲质子磁谱仪系统的性能参数,获得了不同参数条件下反冲质子在焦平面上的空间分布、中子能量分辨率及中子探测效率。结果表明,反冲质子磁谱仪的中子能量分辨率和中子探测效率是对立性较强的2个性能参数,主要决定于反冲聚乙烯靶尺寸和反冲质子准直器尺寸,二极分析磁铁的磁感应强度对中子能量分辨率和中子探测效率的影响不大,但会影响反冲质子磁谱仪的紧凑性。对能量为14MeV的氘氚聚变中子,磁谱仪的中子能量分辨率小于1%时,中子探测效率可达10^(-8)cm^2。