基于可移动紧凑加速器D-T中子源的热中子层析实验研究

中子照相是十分重要的无损检测方法之一,尤其是针对含氢材料、同位素等的无损检测,中子照相技术具有其他射线成像不可比拟的优势。中国工程物理研究院核物理与化学研究所基于紧凑型D-T中子源,研发了可移动中子成像检测仪,成功实现了热中子照相和快中子照相实验检测。为确定基于该装置开展热中子层析检测的可行性,本文进行了数值模拟计算,利用该仪器开展了针对轻重材料模拟件的热中子层析成像实验,利用采集的181幅投影图像,在图像信噪较低和采集幅数较少条件下,成功重建了铝和聚乙烯材料包裹下的0.2 mm直径的钆丝。

D-T中子源n-γ密度测井规律的蒙特卡罗模拟

根据D-T反应中子的能谱和角分布数据,建立了中子源模型;根据石灰岩地层标准刻度井群数据,建立了井模型。采用MCNP程序模拟了井中中子和γ射线的输运,得到了不同地层密度、不同源距处NaI探测器中的混合γ能谱和非弹γ能谱。在混合γ能谱2.5～4.5MeV能区开窗,混合γ射线相对计数随源距的变化曲线显示,源距应选择在20～80cm,密度与混合γ射线计数之间呈现非线性关系。在非弹γ能谱1.0～8.0MeV能区开窗,非弹γ射线相对计数随源距的变化数据显示,源距应选择在20～40cm或80cm附近,密度与非弹γ射线计数之间成近似线性关系。

D-T中子源快中子照相准直屏蔽系统设计

减少散射中子对成像质量的影响是快中子照相的关键技术之一。本文采用MCNP程序完成了D-T中子源快中子照相准直屏蔽系统的设计,该设计具有很好的中子散射屏蔽效果,能够将实验室墙壁的散射中子数量降低一个量级,大大减少了成像的对比度失真;同时,能够增加约20%的中子源强,提高了成像速度。

D-T中子源束斑尺寸测量技术及应用

D-T中子发生器作为高能中子源,已用于特种核材料的有源探测技术中,利用时间符合法可实现被测物体的多模式成像,而中子源束斑尺寸是影响成像位置分辨的一个重要的因素。因此,结合D-T反应的特点和实际应用环境,开发了n-α关联符合测量确定中子源束斑尺寸的方法。利用该方法对小型移动中子发生器的束斑尺寸进行了测量,获得的束斑尺寸为(2.8±0.9)mm,与用CCD相机直接观测得到的约3 mm的测量结果一致,证明了该方法测量束斑尺寸的可行性。该方法也可用于辅助D-T中子源调束和关联粒子成像实验过程中的束斑监测。

D-D中子源孔隙度测井的蒙特卡洛模拟

根据D-D反应中子的能谱和角分布数据,建立了D-D中子源模型.根据标准刻度井数据,建立了井模型.采用MCNP程序模拟了D-D中子在井中的输运,给出了热中子相对通量沿轴线的分布和孔隙度探测灵敏度随源距的变化,结果显示对D-D中子源,孔隙度测量零灵敏约在17 cm附近,探测器的适宜布置区间为25～60 cm.根据D-T反应中子和Am-Be中子源的能谱及角分布数据,建立了其中子源模型,通过MCNP模拟,研究了补偿法孔隙度测井时近远探测器中的热中子计数比值R及测量灵敏度S随孔隙度的变化,并与D-D中子源的模拟结果进行了比较,结果显示D-D源有更高的测量灵敏度和更高的中子利用率.

D-T快中子治疗准直屏蔽体设计及中子特性模拟

设计了一个用于D-T快中子治疗的准直屏蔽体,通过D-T中子在准直屏蔽体中的MCNP模拟,计算了屏蔽体外透射中子和透射光子在水中的吸收剂量,由此评价了准直屏蔽体的屏蔽效果。利用MCNP程序,模拟了准直中子束及中子束中的γ射线在源皮距(SSD)100cm处的能谱,计算了γ射线与中子束在水中吸收剂量的比值,对准直中子束中γ射线的污染水平进行了评价。完成了准直中子束在人体组织等效水箱中输运的MCNP模拟,给出了吸收剂量深度分布、吸收剂量横向分布和吸收剂量等剂量曲线。

14MeV中子穿透铁圆柱的活化反应率测量

用几种阈能活化探测器测量了14MeV中子穿过不同厚度铁圆柱体的绝对活化反应率径向分布。利用MCNP4A/5程序和FENDL-2、ENDF/B-VI数据库对实验进行了模拟计算,并将计算结果与实验进行了比较。实验不确定度为6.1～7.1%。

电子对效应对D-T次生γ密度测量的影响

为研究电子对效应对D-T可控中子源地层密度测量精度的影响,本文首先分析传统的化学源密度测井原理,其次研究中子次生γ射线发生电子对效应与康普顿散射的质量衰减系数差异,并使用蒙特卡罗模拟方法研究传统密度测井和中子次生源密度测量精度,计算其误差大小、分析误差来源和提出校正方法。结果表明,密度测井主要利用γ射线的康普顿散射,当使用中子次生的高能γ射线测量地层密度时,其精度比化学源方法低,这种误差主要是由于高能γ射线的电子对效应引起,最大可以达到传统方法的2.7倍;电子对效应对于地层岩性比较敏感,如果对衰减的γ信号进行岩性校正,则可以提高密度测量的精度。

模拟炸药装置内中子能量与时间变化

在NS-200加速器的脉冲D-T中子源条件下，研究中子源位于装置外时、装置内不同空间位置的能量随时间的变化关系。脉冲运行频率是6MHz，周期为166．6ns。源中子脉冲的宽度为5～6ns。新设计的靶室既有伴随α粒子监测，又能引出与中子脉冲周期相同的零信号。零信号是用感应的方法产生的，FAST MPA-3多参数数据获取系统用于测量时间一能量二维谱。(n，γ)分辨是采用脉冲形状甄别法实现的。Na-22单能γ射线源作为探测器的能量刻度用源。

伴随粒子法瞬发γ能谱测量技术研究

采用伴随α粒子符合方法测量了水、石墨、液氮样品的16O、12C、14N核素以及硝铵、三聚氰胺、尿素和模拟样品的D-T中子作用的非弹瞬发γ谱,利用反卷积对化合物的脉冲幅度谱进行了解谱,实验获得的元素份额与其化学成分比在10%内相符。

伴随粒子法γ能谱本底测量技术

为了解决伴随粒子法瞬发γ能谱实验中随机γ本底的影响,通过实验研究了"标记"中子和非"标记"中子与物质作用产生的瞬发γ信号和随机γ本底信号。对不同情况随机本底γ谱测量进行了分析,提出了小尺度样品和大尺度样品本底测量方式。研究表明:对小尺度样品,可以通过去掉样品,选择与有样品测量的γ谱相同的时间窗进行本底测量;对于大尺度样品,可以通过在随机本底范围选取时间窗进行本底测量。

地层元素n-γ测井中LaBr_3:Ce探测器响应数值蒙卡模拟

随着地层元素测井的发展,提高探管中探测器分辨率是技术人员研发重点之一。近年来,LaBr_3:Ce闪烁探测器凭借优良响应性能逐渐在中子测井领域推行。基于蒙特卡洛方法,对比分析了LaBr_3:Ce、NaI和BGO探测器对不同能量γ射线的沉积谱,并建立地层测井模型,采用D-T脉冲中子源和LaBr_3:Ce探测器对H、O、C、Fe等地壳元素γ特征能谱进行分析,设置4组晶体尺寸观测探测效率的变化。模拟结果表明:LaBr_3:Ce和BGO探测器能量响应明显优于NaI探测器,LaBr_3:Ce特征峰相对探测效率最高,因此进行常见地层元素分析时选择LaBr_3:Ce晶体。

铝材料高能反射中子测量与计算

用6种阈探测器测得有无铝反射体时的绝对活化反应率,获得了铝材料的高能中子反射率,其值基本在1—1．14之间,变化趋势比较一致．结果表明:高能反射中子场在小角度测量点比较弱,而在大角度测量点,尤其在120°点比较强．高能中子反射率随阈能的增大而变小．中子反射率的实验不确定度为3．4％—4．2％．模拟计算结果与实验结果在大多数点基本相符．