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。

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。

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。

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。

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%。

基于正比计数管的核反应堆初次装料监测系统研制

为了确保反应堆初次装料及换料过程的安全临界,防止堆芯装料过程发生临界事故,研制核反应堆初次装料系统。对系统探测器组件、监测机柜、测量通道机箱及吊装方案进行设计,并对系统进行实验验证。对涂硼正比计数管为核心的探测器组件进行耐压、密封结构设计,电缆设计采用一体化、高屏蔽性、抗干扰的方案,以保证信号传输稳定性。信号处理装置采用机柜、插件式机箱形式,实现信号调理、脉冲计数、报警显示、周期值计算及历史记录等功能,测量通道机箱信号处理与显示插件隔离设计进一步保证系统的可靠性。经测试验证,该系统耐水压密封性、辐射特性及稳定性可满足初次装料过程中子注量率监测要求,已应用于防城港核电站3、4号机组。

涂硼正比计数管性能参数优化研究进展

介绍了与涂硼正比计数管性能参数相关的因素,从涂硼管自身的结构设计、制作工艺、管外慢化体设计的角度,对提高其性能的技术方法进行了综述分析,推导了硼含量和涂硼层厚度与探测效率间的关系,明确了当前提高涂硼层面积、涂硼工艺、耐高温设计的技术动态。分析表明,涂硼正比计数管应向选择性能更佳的填充气体、更成熟的阳极丝安装工艺和涂硼层制作工艺等方向发展。

涂硼正比计数管涂硼厚度对探测效率影响的研究

涂硼正比计数管是可用于反应堆压力容器外对中子注量率进行监测的关键设备,涂硼正比计数管的涂硼厚度对自身的本征探测效率有影响。仿真不同厚度硼层中^(10)B(n,α)^(7)Li生成的^(7)Li和α粒子的输运过程,计算硼层界面位置离子整体射出率并给出涂硼正比计数管本征探测效率的计算方法。仿真与计算结果表明:单位核反应率下硼层界面处离子整体射出率在涂硼厚度小于1.5μm时与硼层厚度近似呈正线性相关,在涂硼厚度大于1.5μm后随涂硼厚度增大而增速变缓,在涂硼厚度为3.6μm时达最大为1.3×10^(−4)(cm^(2)·s)^(−1)。基于离子整体射出率的结果进一步计算得到涂硼正比计数管本征探测效率与涂硼厚度之间关系曲线,该关系曲线可以为涂硼正比计数管研制中选择合适涂硼厚度、确定最佳的探测效率提供参考。

堆外核测量系统源量程探测装置设计与测试

堆外核测量系统源量程测量通道设计使用涂硼正比计数管,研制了一种高灵敏度探测器,设计并搭建出一套源量程探测装置。给出了热中子灵敏度、堆上试验条件及试验方法,对探测装置灵敏度、甄别阈特性、高压坪特性、计数率线性及测量范围等指标进行试验验证。测试结果表明,该探测装置具有优良的辐射性能,热中子灵敏度可达22 s^(-1)/(cm^(-2)·s^(-1)),高压坪特性坪长为150 V,坪斜为28.3%/100 V,探测器输出脉冲计数率与中子注量率有显著的线性符合,中子注量率测量上限可达到1×105cm^(-2)·s^(-1),符合堆外核测量系统源量程通道的使用要求,可广泛应用于核电及船用堆外核测量监测系统。