瞬发裂变中子测井在砂岩型铀矿勘查中的应用综述

本文简要介绍了瞬发裂变中子测井原理和国内外发展现状。通过与国内目前在铀矿勘查中传统的伽玛测井技术相对比,结合部分砂岩型铀矿区的实际测量工作,详细说明了瞬发裂变中子测井在砂岩型铀矿勘查中的应用优势,并对瞬发裂变中子测井存在的问题进行了分析,提出了瞬发裂变中子测井的发展展望。

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.

瞬发裂变中子铀矿测井中超热中子探测器的优化研究

瞬发裂变中子铀矿测井是利用脉冲中子源和超热中子探测器,记录热中子和235U发生裂变反应产生的瞬发超热中子,得到地层含铀量信息的测井方法。为提高仪器中超热中子探测器的探测效率,利用蒙特卡罗数值计算程序MCNP5对中子铀矿测井仪的探测器进行了优化计算研究,得到最优的中子慢化体和中子探测器尺寸组合,并将计算结果用于仪器的改进,取得了满意的实验结果。

瞬发裂变中子测井中水层厚度影响的研究

由于我国对铀矿的需求日益增大,所以要增加对铀矿资源的勘查及开采的力度。我国常用的测量方法主要是γ测井,但存在铀镭平衡系数的影响,γ强度测量法实质上是探测铀的衰变产物的γ强度,通过它间接测量铀的含量。只有当铀镭处于平衡状态时才是准确的,如果碰到放射性不平衡的地区,这种方法就不宜使用,所以就推动了可以直接测量铀的瞬发裂变中子测井的发展。对瞬发裂变中子测井进行了详细的解释,并对瞬发裂变中子测井实际测量中水层的影响做出了分析。

基于CIFLog的铀裂变瞬发中子测井解释模块设计与研发

铀矿γ测井是一种“间接测铀”方法,铀裂变瞬发中子测井是“直接测铀”方法,中子测井技术有其独特的优势,有望替代γ测井技术。经过多年的生产应用,γ测井已经有比较成熟的数据解释软件系统,但是铀裂变瞬发中子测井没有能够投入生产的应用软件。文章根据测井软件系统CIFLog的特点和结构组成,将铀矿测井的五点式反褶积分层解释法通过模块实现,集成于CIFLog系统中,再利用CIFLog测井解释模块,对解释数据进行可视化呈现,生成专业的成果展示,为铀裂变瞬发中子测井的应用提供可靠的应用软件系统。

用于裂变瞬发中子谱测量的平行板雪崩计数器研制及性能测试

裂变瞬发中子谱(Prompt Fission Neutron Spectrum,PFNS)是重要的核反应数据,为了测量低于源中子能量的裂变瞬发中子谱,通常是用中子探测器与平行板雪崩计数器(Parallel Plate Avalanche Counters,PPAC)进行符合测量以扣除非裂变事例的影响。针对裂变瞬发中子谱测量的需求,研制了一个由10个单元组成的PPAC。用Maxwell软件模拟了相同尺寸及工作条件下丝状电极电离室和平板电极电离室的电场分布。对该PPAC的结构及其性能测试进行了详细介绍。该PPAC工作于低气压流气模式,每个单元可以独立工作。该PPAC测试的结果为相邻两个PPAC单元之间的时间符合谱半高宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)为620 ps,PPAC与液体闪烁体探测器的时间符合谱γ峰的半高宽为880 ps。测试结果表明:该PPAC的时间响应快,达到预期指标,适合用于高事例率情况下的时间符合测量。

快中子诱发^(238)U裂变中子能谱的核-4乳胶测量

介绍了用核-4乳胶测量2.5 MeV中子诱发^(238) U裂变瞬发中子谱的实验条件和布局以及核乳胶中反冲质子径迹的显微镜读取和处理,并采用蒙特卡罗程序SRIM和拟合方法导出了该类乳胶中反冲质子的能量-射程解析关系式,进而反推得到了核乳胶处的裂变中子相对能谱,并进行了修正,最后将实验结果与经典的Maxwell理论模型计算谱进行了比较。结果表明,二者在不确定度范围内符合较好,验证了核-4乳胶在测量裂变中子谱高能段的有效性。

压水堆缓发裂变光子能谱制作及其在堆内构件辐射发热分析中的应用研究

本工作重点开展易裂变核素缓发光子裂变谱加工方法研究,完成缓发光子裂变谱加工程序的开发,并基于最新发布的ENDF/B-VⅢ.0库,制作了各裂变核素(^(235)U、^(238)U、^(239)Pu、^(240)Pu、^(241)Pu和^(242)Pu)的缓发光子裂变谱,初步验证表明制作方法的正确性;最后基于新制作的裂变谱开展堆内构件辐射发热率分析,分析结果表明:(1)缓发裂变光子对堆内构件辐射发热率的贡献与瞬发裂变光子相当;(2)缓发裂变光子与瞬发裂变光子对堆内构件辐射发热率的贡献之和最大可达35%,距离堆芯越近,贡献越大,而远离堆芯的堆内构件辐射发热率主要来自于次级光子的贡献。

用薄膜^(252)Cf源测定ST451快中子探测器的相对效率

本文叙述了用飞行时间测量^(262)Cf瞬发裂变中子能谱来刻度ST 451探测器的快中子相对效率响应的方法。在飞行时间谱仪中,一个流气式的微型电离室作为裂变碎块的探测器。文中给出了对实验数据的处理和修正的过程。得到了阈值分别为0.420、0.625、0.825、1.168、1.565和1.882MeV中子能量从几百keV到10MeV范围内的相对探测效率。实验结果与用Monte Carlo方法计算的效率作了比较。

2.8 MeV中子诱发^(238)U裂变的瞬发中子谱高能段实验测量

在中国原子能科学研究院的高压倍加器上利用中子飞行时间方法测量了2.8 Me V中子引起^(238)U裂变的瞬发中子能谱,通过增大样品量和设计合适的屏蔽体提高了效应/本底比,使得测量数据的不确定度满足预期目标(在5.5～14 Me V能区内,能量间隔为0.5 Me V条件下能谱的不确定度小于10%)。将实验几何、中子源能量分布及角分布、探测效率、束流的时间结构等实验条件输入到MCNP程序里,模拟了出射的中子谱,模拟结果与测量结果在不确定度范围内一致,验证了在入射中子能量较低时^(238)U的裂变瞬发中子谱评价数据的可靠性。

砂岩型铀矿测井技术国内研究现状

铀是我国重要的战略资源,砂岩型铀矿测井技术是高效的勘查手段。总结了自然γ测井和铀裂变瞬发中子测井技术在砂岩型铀矿测井方面的关键技术进展和问题。对自然γ测井主要围绕自动稳谱技术、死时间修正技术以及γ能谱测井解谱技术等方面进行了分析和总结。对铀裂变瞬发中子测井的技术难题以及优势方法应用进行了介绍。结果表明,自然γ测井技术近年研究方向集中在死时间修正和解谱技术,铀裂变瞬发中子测井虽有一定的技术优势和发展前景,但由于其测井效率低的问题未被解决,目前主要辅助自然γ测井技术进行“铀-镭-氡”平衡系数求取。