基于硅光电倍增管的Cs_(2)LiYCl_(6)(CLYC)探测器快中子辐照效应研究

实验通过将硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SiPM)器件和Cs_(2)LiYCl_(6)(CLYC)闪烁体探测器暴露于14 MeV的快中子场中,最高累积注量达到1.53×10^(11) cm^(-2),分析了中子辐照对SiPM器件参数和CLYC探测器性能的影响。重点研究了不同注量辐照前后,SiPM的增益、暗计数率、暗电流、击穿电压和淬灭电阻等参数,以及CLYC探测器探测性能的变化情况和原因,其中暗计数率最高上升了3个数量级,暗电流最高上升了2个数量级,CLYC探测器的能量分辨率去除本底后下降了1.4%。辐照实验后,在室温条件下对SiPM和CLYC探测器进行退火,研究SiPM器件参数和探测器性能恢复情况。SiPM和CLYC探测器的性能会随着中子注量的增加而逐渐变差。对于SiPM,主要表现为暗计数率和暗电流的提高。对于CLYC探测器,主要表现为能量分辨率的降低。退火过程有助于减轻中子辐照的影响,恢复SiPM和CLYC探测器的部分性能。

CLYC晶体探测器在密度测井中的响应特性研究

Cs_(2)LiYCl_(6):Ce(CLYC)作为一类新型闪烁晶体探测器,在辐射安全和放射性测井等方面具有良好的应用前景。为考察CLYC晶体探测器在伽马粒子探测时的响应特性及在密度测井中的应用效果,利用蒙特卡罗数值模拟,对其能量分辨率、不同探测器源距下的探测效率、地层探测深度进行对比分析。根据不同晶体探测器获取的多种密度、岩性与流体情况下的密度测井响应,评价CLYC晶体探测器的应用效果。研究表明:CLYC晶体探测器能量分辨率较高,介于LaBr_(3)、NaI晶体探测器之间;粒子探测效率较低于NaI晶体探测器,但其地层探测深度基本与NaI晶体探测器保持一致。应用CLYC晶体探测器获取的密度响应结果与NaI晶体探测器近似,能够有效应用于地层密度获取。该研究可为测井密度测量时探测器选取提供理论基础。

Cs_(2)LiYCl_(6):Ce探测器n-γ甄别及γ解谱方法

Cs_(2)LiYCl_(6):Ce(CLYC)晶体因其优异的线性响应、高光产额和较强的n-γ甄别能力,在瞬发γ射线中子活化分析技术(prompt gamma neutron activation analysis,PGNAA)中表现出极高的应用潜力。该技术可以用于元素无损分析、工业物料分析、环境监测及安全等诸多领域。本文针对CLYC探测器进行测试,旨在探究其在PGNAA领域的应用前景。通过Pu-C中子源和多种γ源(^(22)Na,^(60)Co,^(137)Cs,^(152)Eu)的实验测量对该探测器的性能进行测试。同时,开发了一套基于Gravel算法的γ解谱程序,以优化γ能谱分析。实验结果验证了CLYC探测器在n-γ混合场环境下的出色甄别能力,能有效剔除中子的干扰。γ能谱的解谱结果可以精确的反应入射γ能量信息,算法的平均相对偏差均小于1。通过多线性源解谱结果的可靠性确保了在复杂的伽马场环境中对伽马射线的精确识别和分析能力。

CLYC探测器n/γ聚类甄别方法研究

为了高性能分辨探测中子与γ射线,搭建了一套基于Cs2LiYCl6:Ce3+(CLYC)探测器和数字示波器的数字化核脉冲采集系统。通过Matlab编程,研究了系统聚类法和K-means聚类法两种n/γ脉冲波形甄别方法,并与传统的电荷比较法进行了对比。结果表明,两种聚类法均可准确分辨脉冲类别,K-means聚类法在计算时间和内存占用方面更具优势,有利于实时脉冲处理。该研究为研制基于CLYC探测器的n/γ双模式探测谱仪提供了一种有用的脉冲波形甄别技术解决方案。

CLYC探测器n/γ甄别方法比较

为了实现中子和γ射线的分辨探测,搭建了基于Cs2Li YCl6:Ce3+(CLYC)闪烁体探测器、数字示波器和后端上位机的数字化核脉冲采集及分析系统,在239Pu-Be中子源产生的n/γ混合场中进行实验验证。分别采用电荷比较法、脉冲梯度法、离散傅里叶变换法和向量投影法完成了CLYC探测器的n/γ数字化脉冲波形甄别。结果表明:几种方法均可较为理想地实现CLYC探测器的n/γ甄别,在实时监测复杂辐射场时可根据需求进行算法选取。

CLYC中子-γ复合测量仪设计

为实现CLYC晶体探测器用于中子-γ复合测量,研究了中子-γ脉冲甄别方法,模拟计算了CLYC晶体对中子与γ射线的能谱响应和探测效率,优化设计了快中子慢化体厚度,为CLYC中子-γ复合测量仪研制提供参考。对CLYC中子-γ复合测量仪样机测试表明:对于137Cs源γ能量分辨率为5.2%,252Cf中子源对应的峰位能量为3.2MeV,可用于中子-γ复合测量。

基于CLYC闪烁体的中子能谱测量及反演方法

空间中子是影响航天器和航天员安全的重要辐射要素之一。优化中子探测器,提高测量效率,提升反演精度是中子测量的难点。中国空间站将搭载一种基于新型中子探测材料Cs2LiYCl6∶Ce(CLYC)闪烁体的中子探测器,该探测器具有同时测量热中子和快中子,以及探测效率高等特点。针对该新型探测器的中子能谱反演,分析了不同能量中子在该探测器中的响应特点,分析了中子反演常用的概率迭代法和非负最小二乘(NNLS)法的优缺点,考虑到这2种方法在CLYC探测器反演应用中的不足,提出了基于增广矩阵的非负最小二乘(AM-NNLS)法。数值实验结果表明:AM-NNLS法具有反演运算效率高和反演相对误差小的特点,验证了所提方法的有效性。

板状Bi样品泄漏中子和γ谱实验测量与模拟计算

通过飞行时间法,测量了氘氘脉冲中子与不同厚度209 Bi样品作用后61°和119°方向的泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱,样品尺寸分别为30 cm×30 cm×5 cm、30 cm×30 cm×10 cm和30 cm×30 cm×15 cm。采用BC501A液体闪烁体探测器测量0.8~3.2 MeV能区的泄漏中子飞行时间谱,钾冰晶石探测器(CLYC)测量0.2~0.8 MeV的泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱。用MCNP-4C程序对泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱进行了模拟计算,209 Bi的评价中子核数据分别采用了CENDL-3.1库、ENDF/B-Ⅷ.0库、JENDL-4.0库以及JEFF-3.3库中的数据,模拟结果分别与实验结果进行比较分析,研究结果表明,泄漏中子谱CENDL-3.1库的模拟结果在119°方向弹性峰位置有较严重的低估现象,JENDL-4.0库在1.5 MeV附近(第二非弹能区)有一定高估,而在低能区有明显低估;泄漏γ能谱JENDL-4.0库和JEFF-3.3库的模拟结果与实验结果偏差明显,而CENDL-3.1库符合较好。

基于CLYC探测器的可控源中子孔隙度测井数值模拟研究

利用Cs_(2)LiYCl_(6):Ce(CLYC)探测器替代中子孔隙度测井中的3He中子探测器,已成为石油测井仪器发展的新思路。为探究在中子孔隙度测井中使用新型探测器的可行性,通过蒙特卡罗模拟,研究了CLYC探测器在不同^(6)Li纯度和探测器尺寸下的热中子计数通量,同时与不同内部气压下的^(3)He探测器热中子计数结果进行对比;另外根据仪器使用不同探测器时获取的中子孔隙度响应,验证了CLYC探测器的可替换性。研究表明:新型CLYC探测器在^(6)Li纯度高、探测器尺寸大时热中子计数效率高;相比于^(3)He中子探测器,热中子探测效率较低的CLYC探测器经过源距组合分析优化后,得到的中子近远比响应结果与^(3)He中子探测器近似,能够有效应用于地层孔隙度获取。