掠入射涂硼多丝正比室中子探测器设计及其性能模拟

针对国内中子散射谱仪对高效率高位置分辨的热中子探测器需求,对基于多层掠入射涂硼多丝室的新型位置灵敏中子探测器进行了模拟研究。利用蒙特卡洛模拟软件Geant4对探测器的中子探测效率、位置分辨率以及基材对中子的散射进行了模拟仿真。结果表明,采用掠入射多层结构可以实现较高的中子探测效率和位置分辨率。当掠入射角度为5°时,采用3层结构可以对波长2.5 A的热中子实现62%的探测效率;对于2 mm的阳极丝间距,掠入射结构下探测器的位置分辨(FWHM)可达0.286 mm。

涂硼稻草管中子多重性计数器质量属性测量能力模拟研究

利用MCNP程序模拟搭建了一种基于涂硼稻草管的中子多重性计数器,模拟了涂硼稻草管中子多重性计数器轴向截面及径向截面的探测效率变化,并对半径为3~10 mm的球体钚样品质量属性模拟测量。结果表明该探测系统对钚样品质量属性的测量结果整体偏小,将数据平均值经最小二乘拟合修正后,对3~10 mm半径下的钚样品分别模拟20次,最大质量偏差小于5%,符合样品测量的要求。

涂硼电离室中子探测效率和灵敏度

从电离室工作原理导出了平板型涂硼中子电离室探测效率及灵敏度的计算公式,并求得其热中子探测效率和灵敏度。电离室对热中子探测效率饱和值为1.35%,灵敏度饱和值为9.65×10-1 4A.cm-2.s-1,与已有公式所得结果8.43×10-14A.cm-2.s-1相近。α粒子和Li离子对探测效率的贡献相差不大,但α粒子对灵敏度的贡献占主导地位。适当的硼膜厚度、慢化快中子、选用浓缩硼均有利于提高涂硼电离室探测效率和灵敏度。

涂硼正比计数管中热中子响应函数理论计算及模拟验证

对涂硼正比计数管的热中子响应函数计算公式进行了理论推导。在圆柱形几何结构下,热中子在垂直柱面径向入射和任意角度入射两种情况时的响应函数得到了一种普适性的响应函数表达式,并选取正比管典型尺寸（内径10 mm,涂层厚度3μm）进行蒙特卡罗模拟,对理论推导公式进行模拟验证,理论计算结果与模拟结果基本一致。研究表明,在垂直柱面任意角度入射的情况下,热中子的响应率随入射方向与圆柱中心距离y的增加呈规律性分布,即先增加后迅速降低,有一个峰值。在本文尺寸下,正向峰值在9 900~1 000μm之间,而反向峰值在9 700~9 800μm之间,反向较正向数值上偏小。此外,对理论计算值与模拟值、理论值与实验值的偏差进行了分析,并给出了解释。

浸酯涂硼——中子探测器灵敏层制作方法

介绍了两种价廉、实用的中子探测器浸酯涂硼方法——浸没涂硼和手工刷涂,并给出涂抹细节。对不锈钢片的多次实验表明:浸没涂硼时脂硼比λ的最小值为5.0;手工刷涂时λ的最佳值为0.2,最佳方法是先在待涂面上滴混合液,再撒上硼粉刷涂。采用该方法研制一圆柱形硼衬正比计数管,用标准Am-Be中子源辐照测得了其输出脉冲;用不同厚度聚乙烯管包裹后测得了Am-Be源的中子谱。对中子谱参数的分析表明,两种硼膜制作过程简单、方法可行,为业内人员提供了很有意义的参考。

涂硼电离室组合快中子探测器研制及其响应函数

研制了涂硼电离室组合快中子探测器。用外径分别为55、80、130、220、285mm的5个高密度聚乙烯圆柱体作为快中子的慢化体包裹40mm×200mm的涂硼电离室,组合成一种可测量从热中子到十几MeV快中子的圆柱型Bonner探测器。借助Geant4蒙特卡罗方法模拟计算,给出了这种结构Bonner探测器探测系统的响应函数。将圆柱型Bonner探测器放置在标准中子源辐射场中进行了实验测量。在实际辐射场中,高密度聚乙烯圆柱体外径为220mm时,圆柱型Bonner探测器的灵敏度达8.702×10-15 A·cm2·s。同时对实验测量值与理论模拟结果进行了比较分析。结果表明,模拟结果与实验值在数据读取误差范围内吻合。

新型涂硼正比计数器研制及其实验测试和模拟计算

本文将^10 B粉与1,2-二氯乙烷溶剂、芳华树脂粘结剂混合研制了中子灵敏层^10 B膜,以此制作一新型涂硼正比计数器。为增加探测效率,除管内壁涂硼外,在管内增置了14片双面涂硼环氧薄片,并用^241 Am-Be源测试了其性能。活度为3.7×10^9 Bq的^241 Am-Be源实验表明：此新型涂硼正比计数器坪长约150V,坪斜为8.2%/100V（750-900V）;工作电压为800V时测得新型涂硼正比计数器的计数率为50s^-1,灵敏度为0.71cm^2。与管内壁仅涂硼的正比计数器相比,新型涂硼正比计数器中子灵敏面积增加到3.15倍后,探测器坪长从80 V增至150 V,坪斜从12.4%/100 V改进到7.58%/100V,灵敏度提高到2.63倍。同时,以基于蒙特卡罗方法的Geant4平台,模拟计算单能中子及^241 Am-Be源中子照射包裹高密度聚乙烯慢化材料的新型涂硼正比计数器的响应和探测效率。^241 AmBe源模拟结果和实验结果吻合较好。实验测试及模拟结果表明,涂硼技术与增加灵敏面积相结合的正比计数器的设计较成功。

辐射探测器定量涂硼技术

报道了2种廉价实用的辐射探测器定量涂硼技术——浸没涂硼和手工刷涂,并给出了详细的涂抹细节。用不同厚度聚乙烯管包裹该方法研制的涂硼正比计数管,经标准Am-Be中子源辐照后测得了其对中子计数率的响应。浸没涂硼脂硼比λ最小值为5.0,手工刷涂λ最佳值为0.2;最佳方法是先在待涂面上滴混合液,再撒上硼粉刷涂。浸没涂硼对待涂面无限制,且硼膜均匀、牢固性都较好,但因λ较大而降低探测效率,且浸涂次数需实验和经验确定,还会造成浪费。手工刷涂克服了浸没涂硼的缺点,但对待涂表面形状有要求,且其硼膜的均匀、牢固性总体不如浸没涂硼。两种涂抹工艺操作简单、成本低廉,且能达到要求,可以在国内相关单位推广使用。

用于n/γ混合场测量的涂硼电离室研制

研制了一种能同时测量混合场中γ和中子注量率的涂硼电离室,并实验测试了其性能。涂硼电离室由两个大小和结构一致的腔室组成:1个仅对γ灵敏,另1个对γ与中子均灵敏。用强度为2.7×107 s-1的Am-Be源测得电离室的中子灵敏度达9.2×10-16 A/(cm-2·s-1),在剂量率为5.24μGy/h的137 Csγ场中,电离室的γ灵敏度达7.36×10-16 A/(MeV·cm-2·s-1)。涂硼电离室I-V曲线坪长为600V,坪斜小于4%/100V,在工作电压为-400V时,其γ补偿修正系数<5%,可用于核设施周围的混合场监测。

一种抗干扰涂硼正比计数管研制

介绍了涂硼正比计数管工作原理,分析了电磁干扰、接地干扰和环境温度变化对涂硼正比计数管中子探测的不利影响;开展了一种抗干扰涂硼正比计数管研制,探讨了其结构、关键工艺和主要参数;实验测试结果表明,探测器抗干扰能力强,可用于核电站堆外核测量系统源量程中子注量率测量,以及四代堆型等高温场合下中子注量率监测。

涂硼电离室中子灵敏度计算与验证

假设α粒子或Li离子探测器效率相同时,α粒子或Li离子对探测器输出电流相同,计算了10B丰度为90%,硼面密度为0.8mg/cm2,涂硼面积为2760cm2,电离室中子灵敏度为5.25×10-13A/(n·cm-2·s-1)。采用10B丰度为90%的硼粉制作了面密度为0.8mg/cm2的电极管,将其组装为电离室样件,工作气体介质为P10气体;在线性中子源上测试了工作气体压力为0.025MPa^0.3MPa,电离室样件的中子灵敏度,结果表明:气体压力达到0.16MPa时,电离室样件的输出电流饱和,硼层中出射粒子的能量完全沉积到工作气体中,此时的中子灵敏度为4.01×10-13A/(n·cm-2·s-1),试验结果与理论结果偏差约为25%左右。

涂硼正比计数管慢化体对中子探测效率影响研究

涂硼正比计数管是一种常用的反应堆源量程探测器,对热中子测量有很高的探测效率,对于快中子反应堆则需要增加合适的慢化体,提高中子探测效率。本文利用蒙特卡罗程序MCNP,模拟计算涂硼正比计数管在不同慢化体厚度的情况下,对各能量单能中子的相对探测效率和绝对探测效率,得到在不同慢化体厚度下,计数管的相对探测效率和绝对探测效率与中子能量的关系。最后针对快中子反应堆的典型中子能谱,模拟计算涂硼正比计数管在不同的慢化体设计时的探测效率,得出了一种优化的慢化体设计方案,对快中子反应堆核测量系统设计具有一定指导意义。

涂硼中子探测器用B4C薄膜的应力和粘附力研究（英文）

涂硼中子探测器作为3He中子探测器的替代技术,已经成为了当今研究的焦点。对于涂硼中子探测器而言,B4C薄膜的应力需要减小,与铝基底间的粘附力需要增大。为了增大B4C薄膜与铝基底间的粘附力,该实验使用直流磁控溅射技术在不使用基底加热的前提下制备应力较小的B4C薄膜,同时在铝基底和B4C薄膜之间添加Mg-Al合金层。该实验主要研究了沉积过程中溅射气压对B4C薄膜应力的影响,以及Mg-Al合金层及其溅射气压和厚度对B4C薄膜粘附力的影响。实验结束后采用扫描电镜和透射电镜对薄膜的微观结构进行了表征和分析。实验结果表明,当沉积过程中溅射气压增大时,B4C薄膜的应力减小并趋于稳定。超薄多孔的Mg-Al合金层与B4C、Al2O3有着明显的反应,能够在不使用基底加热的前提下有效地增大B4C薄膜与铝基底间的粘附力。

实心焊丝拉丝无涂硼工艺研究

文中通过研究实心焊丝无涂硼拉丝工艺来取代传统的酸洗、涂硼拉丝工艺,精简工序,降低成本,减少污水排放,减少生产安全隐患。研究无涂硼拉丝工艺生产的坯丝满足后续生产要求,生产的成品ER50-6焊丝表面质量合格,满足国标GB/T 8110—2008中型号ER50-6规定的各项性能要求,生产的产品通过客户试验或使用,能满足客户的技术要求,最终形成能够规模化应用无涂硼拉丝工艺的ER50-6焊丝生产线,从而达到环保、节能、降耗的目的。

基于数字化仪及延迟线读出的涂硼多丝正比室研究

对涂硼多丝正比室的中子探测效率进行了优化,并搭建出一套基于数字化仪及延迟线读出的电子学系统:延迟线读出法利用延迟块实现了时间和位置的转换;数字化仪将多路通道脉冲信号同时采集,结合WaveCatcher软件可对脉冲波形的输出振幅和时间信息实时测量和保存。采用α源对读出系统进行了多丝正比室的位置分辨测试,系统位置分辨率可达0.45 mm,并进行了入射粒子的二维成像显示,测试结果验证了读出系统的可行性。

涂硼电离室的X、γ射线响应特性研究

通过实验研究了X和γ射线空气比释动能率、能量对涂硼电离室的线性、X和γ感应度和补偿特性的影响,研究结果表明:涂硼电离室随X和γ射线空气比释动能率变化在一定范围内保持线性,涂硼电离室的X和γ感应度不仅与射线能量有关,还与射线空气比释动能率有关;涂硼补偿电离室的最佳补偿电压需通过工程实践加以确定。

涂硼电离室的X、γ射线响应特性研究

通过实验研究了X和γ射线空气比释动能率、能量对涂硼电离室的线性、X和γ感应度和补偿特性的影响,研究结果表明:涂硼电离室随X和γ射线空气比释动能率变化在一定范围内保持线性,涂硼电离室的X和γ感应度不仅与射线能量有关,还与射线空气比释动能率有关;涂硼补偿电离室的最佳补偿电压需通过工程实践加以确定.

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。

涂硼多丝正比室中子探测效率模拟

针对双面涂硼的单层多丝正比室结构,利用MCNP和SRIM等软件对不同技术参数下探测器的热中子探测效率进行了模拟研究。对天然B_4C以及纯^(10)B两种材料,模拟计算了探测器探测效率随涂层厚度的变化规律。结果表明,涂层材料为天然B_4C以及纯^(10)B时,硼涂层的最优厚度分别为3.5μm、2.9μm,对应的探测器的热中子探测效率分别为2.2%、11.5%。利用MCNP软件对中子入射窗材料及厚度对热中子的吸收率进行了模拟研究,结果表明铝合金为合适的选择,当其厚度为2mm时对热中子的吸收小于1%。

涂硼正比计数管堆上试验验证

为验证涂硼正比计数管在高中子通量密度下的辐射性能参数,搭建出符合实际工程应用的测量通道。通过提升反应堆不同功率台阶的方法,分别对涂硼正比计数管探测器性能进行堆上试验验证。堆上试验结果表明:自主研制的涂硼正比计数管探测器满足设计要求,可应用于核电厂堆外核测量系统源量程测量通道。