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单球中子谱仪的能量响应模拟及解谱方法研究

辐射防护 2019年第4期39卷 280-286页

作者：邹益晟肖德涛张伟华王志强刘毅娜李春娟南华大学核科学技术学院湖南衡阳421000 中国原子能科学研究院计量测试部北京102413

本文阐述了单球中子谱仪的原理,介绍了基于单慢化球和19对6Li-7Li闪烁体探测器构成的单球中子谱仪的结构及解谱方法,使用蒙特卡罗中子输运程序模拟了单球中子谱仪的中子响应函数。计算结果表明,该谱仪具有较好的空间对称性,能根据谱仪... 详细信息

本文阐述了单球中子谱仪的原理,介绍了基于单慢化球和19对6Li-7Li闪烁体探测器构成的单球中子谱仪的结构及解谱方法,使用蒙特卡罗中子输运程序模拟了单球中子谱仪的中子响应函数。计算结果表明,该谱仪具有较好的空间对称性,能根据谱仪中各探测器的计数对源的大致方位进行判断;模拟了单球谱仪在241Am-Be源照射下各探测器的计数,使用Unfolding with Maxed and Gravel (UMG)解谱程序在不同解谱算法以及初始谱的情况下对模拟数据进行解谱计算,在使用最大熵散发以及与源项相同的预置谱的情况下,解谱结果最为准确,验证了响应函数的准确性。

关键词：单球中子谱仪蒙特卡罗模拟 6Li-7Li闪烁体探测器能量响应解谱

MC法模拟单球中子谱仪响应函数及其能谱解析

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核电子学与探测技术 2020年第2期40卷 373-379页

作者：康红斌赵桂芝张伟华丰宝桐王英杰李道武章志明南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 中国科学院高能物理研究所北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心北京100049

利用MCNP5模拟分析了不同直径下基于锂玻璃闪烁体的单球中子谱仪的响应函数,能量范围从热能至20MeV;模拟了实验室211Am-Be中子源辐射场.载荷舱内空间辐射场内单球中子谱仪的响应函数;采用UMG少道解谐程序进行了解谱计算。结果显示,人射... 详细信息

利用MCNP5模拟分析了不同直径下基于锂玻璃闪烁体的单球中子谱仪的响应函数,能量范围从热能至20MeV;模拟了实验室211Am-Be中子源辐射场.载荷舱内空间辐射场内单球中子谱仪的响应函数;采用UMG少道解谐程序进行了解谱计算。结果显示,人射中子能量低于20MeV时,直径为30cm的单球中子谱仪通过UMG解谱可得到较好的中子能谱解谱结果;载荷舱辐射环境下,含氬量大的舱壁材料对接近单球表面探测器的热中子能区的响应雨数影响最大,对其影响做出修正后可得到一个较好的解谐结果。

关键词：单球中子谱仪锂玻璃闪烁体 MC法模拟解谱

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水慢化体单球中子谱仪研制

水慢化体单球中子谱仪研制

作者：祁培文四川大学

学位级别：硕士

随着中子在各个行业的深入应用,辐射场的中子辐照水平监测越来越被人们所关注,目前常用的中子辐射场能谱及剂量监测仪器为多球中子谱仪。传统多球中子谱仪要求多个探测器同时进行热中子计数测量,需要较大的测量空间才能降低中子在各个... 详细信息

随着中子在各个行业的深入应用,辐射场的中子辐照水平监测越来越被人们所关注,目前常用的中子辐射场能谱及剂量监测仪器为多球中子谱仪。传统多球中子谱仪要求多个探测器同时进行热中子计数测量,需要较大的测量空间才能降低中子在各个聚乙烯球体之间的散射对测量结果的影响,多个探测器标定不一致及中子场空间分布不均匀时会对测量结果产生影响。为了克服上述传统多球中子谱仪缺点,国外研制了以一个聚乙烯球为中子慢化体,在球体不同位置放置热中子探测器的固体单球中子谱仪,该类谱仪大多具有较好的各向同性和便携性,但谱仪采用无源热中子探测器,需要对数据进行离线获取和处理;国内研制了以嵌套的不锈钢球壳为注水夹层的单球中子谱仪,在球中心放置有源热中子探测器,通过向注水夹层中充放水来改变慢化水层厚度,该谱仪能够对数据进行在线实时分析,但谱仪结构设计不够合理,重复厚度的水层数目较多、加工误差较大。本文基于传统多球中子谱仪的测量原理及上述单球中子谱仪优缺点,研制了新的以水为慢化体的单球中子谱仪。该谱仪由四个厚度为两毫米、直径分别为51mm(外)、133mm(外)、300mm(内)、350mm(内)的不锈钢球壳组成,球壳彼此嵌套形成三种厚度的注水夹层,通过向夹层中充放水可组合形成0mm、23mm、39mm、62mm、83.5m、106.5mm、122.5mm、145.5mm总共八种厚度的水慢化体,球中心放置一个热中子灵敏探测器;使用GEANT4蒙卡程序模拟了上述8种情况下热中子探测器的响应矩阵;设计了充放水模块,通过方形水池及双向蠕动泵实现注水夹层的充放水工作,同时设计了最佳的充放水顺序,使得单次测量水泵的工作时长最短;设计了高集成、低功耗、长续航的信号采集及数据处理电路,以TI生产的车规级安全芯片TMS570LS1224为核心,在提高系统的稳定性及抗干扰、耐辐照能力的同时,通过片上ADC、DMA及RAM进行信号采集和实时缓存,当有脉冲信号输入时,CPU开始处理缓存区的数据,并将测量结果存储在芯片内部的FLASH及EEPROM上;谱仪使用两块锂电池为电路及水泵供电,通过外接RTC及电源管理电路实现低功耗模式,延长谱仪的续航时长;同时,编写了一套适用于单球中子谱仪的解谱程序,程序以GRAVEL迭代算法为核心,设计了新的迭代停止条件及初始谱选择程序,并建立了初始谱库,使得程序能自动进行初始谱选取及解谱操作。本文对上述单球中子谱仪的多项性能参数进行测试。测试结果表明该谱仪能够在高温环境下正常稳定工作;谱仪具有较长的待机时间,能够在满功率工作状态下运行56小时。谱仪在恒定的中子辐射场进行长时间测试时,各水层对应的探测器计数偏差较小,因此谱仪探测器的输出信号幅值及其噪声水平恒定,谱仪能够进行长时间中子辐射场能谱及剂量监测;最后在距离Am-Be中子源不同位置处使用单球中子谱仪及中子剂量仪测量了对应点的中子能谱及中子剂量,二者剂量测量误差在4%以内。本文基于传统多球中子谱仪测谱原理,设计了以水为慢化体的单球中子谱仪,同时设计了与之配套的充放水单元、信号采集及数据处理电路、中子能谱解谱程序,极大的提高了中子谱仪的便携性,同时消除了多探测器标定不一致及中子场空间分布不均匀对测量结果产生的影响,减小了谱仪所需的测量空间。经过中子场测试,中子能谱及剂量测量结果可靠,该谱仪能够进行中子辐射场中子能谱及剂量监测。

关键词：多球中子谱仪单球中子谱仪水慢化体中子解谱

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便携式单球中子谱仪系统设计及性能研究

便携式单球中子谱仪系统设计及性能研究

作者：康红斌南华大学

学位级别：硕士

空间辐射中子能谱测量对研究太阳活动和宇宙射线有重要意义,同时可用于评估空间中子对航天器元器件的危害及对航天机组人员的辐射防护水平。宇宙空间中子辐射场测量、临近空间中子辐射场以及20km以下的高海拔中子辐射场在测量时受飞行... 详细信息

空间辐射中子能谱测量对研究太阳活动和宇宙射线有重要意义,同时可用于评估空间中子对航天器元器件的危害及对航天机组人员的辐射防护水平。宇宙空间中子辐射场测量、临近空间中子辐射场以及20km以下的高海拔中子辐射场在测量时受飞行试验平台(空间站、航天器、航空飞机、氦气球飞行平台等)空间以及可输出功率的限制,传统的多球中子谱仪体积大,功耗高,已不能满足使用需求。同时空间中子辐射场射线成分复杂,中子测量设备需具备多种粒子甄别能力。拟设计一套适用于临近空间辐射场中子能谱测量的便携式单球中子谱仪系统。便携式单球中子谱仪系统是在多球中子谱仪的基础上改进而来,多个Li玻璃闪烁体分布在单聚乙烯慢化球两两垂直的三个轴向上,将单球分成多个壳层从而达到类似多球谱仪的测量效果。一对Li、Li玻璃闪烁体布置在球心位置,实现了Li、Li双玻璃闪烁体γ补偿法甄别中子。采用体积小、功耗低、增益高的硅光电倍增管(SiPM)作为锂玻璃闪烁体的光电转换器件。本工作完成了对单球谱仪中子探测器的性能研究,以及对单球谱仪的结构设计和性能研究。分别在γ源和中子源辐射场中对中子探测器的性能做了测试,研究了中子探测器锂玻璃闪烁体与SiPM的耦合方式对中子源测量能谱的影响;利用MCNP5模拟分析了不同直径下基于锂玻璃闪烁体的单球谱仪的响应函数(热能至20MeV);模拟研究了直径为30cm的单球谱仪的性能;模拟研究了氦气球搭载的飞行试验平台载荷舱对单球谱仪测量临近空间中子辐射场的影响;通过单能中子辐射场对单球谱仪的能量响应做了刻度实验,利用实验响应对模拟响应做了校准,并对Am-Be源中子辐射场做了能谱测量。结果显示,中子探测器采用锂玻璃闪烁体耦合SiPM的方式满足单球谱仪设计需求,采用硅橡胶耦合锂玻璃闪烁体和SiPM的方式利于对中子探测器测量得到的中子能谱进行中子甄别;入射中子能量低于20MeV时,直径为30cm的单球谱仪通过UMG解谱可得到较好的中子能谱解谱结果;对载荷舱内单球谱仪的响应函数做出修正后,可得到合理可靠的解谱结果;单能中子辐射场刻度实验得到的单球谱仪的响应函数与模拟响应规律一致;利用实验校准的响应函数,通过UMG解谱程序对Am-Be源中子辐射场能谱测量结果进行解谱计算,得到合理的解谱结果。

关键词：单球中子谱仪锂玻璃闪烁体 MC方法模拟解谱临近空间中子

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单球中子谱仪模拟及初步实验研究

单球中子谱仪模拟及初步实验研究

MC模拟计算单球多探测器中子谱仪能量响应曲线

第十九届全国核电子学与核探测技术学术年会

作者：邹益晟张伟华王志强南华大学中国原子能科学研究院

本文介绍了单球中子谱仪的研制过程。采用蒙特卡洛方法设计优化了单球中子谱仪的结构,并对其中子响应进行了模拟。主探测器为19对Li-Li闪烁体探测器,采用电荷分配法,得到各探测器的计数信息。通过Li与Li闪烁体对不同粒子的响应特性,来... 详细信息

本文介绍了单球中子谱仪的研制过程。采用蒙特卡洛方法设计优化了单球中子谱仪的结构,并对其中子响应进行了模拟。主探测器为19对Li-Li闪烁体探测器,采用电荷分配法,得到各探测器的计数信息。通过Li与Li闪烁体对不同粒子的响应特性,来消除其他粒子对中子测量的影响。利用加速器单能参考辐射场对该谱仪进行了响应刻度,绘制了单球中子谱仪的响应曲线,并与MCNP模拟结果进行对比。

关键词：单球中子谱仪电荷分配法蒙特卡洛模拟 6Li-7Li闪烁体探测器

来源： cnki会议评论

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核电子学与探测技术 2020年第3期40卷 456-461页

作者：王杰郭智荣左亮周陈祥磊武汉第二船舶研究设计所武汉430205

利用MCNPX模拟计算了在三种几何辐照条件下和四种典型中子源入射时的单球中子谱仪的能量响应,模拟计算结果表明:当中子能量大于1MeV时,能量响应满足各向同性;当中子能量小于1MeV时,位于单球浅层的探测器响应各向同性变差241Am-Be中子源... 详细信息

利用MCNPX模拟计算了在三种几何辐照条件下和四种典型中子源入射时的单球中子谱仪的能量响应,模拟计算结果表明:当中子能量大于1MeV时,能量响应满足各向同性;当中子能量小于1MeV时,位于单球浅层的探测器响应各向同性变差241Am-Be中子源和252Cf中子源入射时,单球中子谱仪响应不受几何辐照条件影响,当中子源包含有热中子,超热中子和慢中子时,位于单球谱仪浅层的探测器能量响应因几何辐照条件不同而有差异。

关键词： MCNPX 单球中子谱仪微结构半导体中子探测器能量响应

基于FPGA和ARM的中子能谱测量系统设计

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仪表技术与传感器 2023年第1期 48-53页

作者：彭征刘延飞吕宁火箭军工程大学陕西西安710025

针对多球中子谱仪不便于携带、测量时间长、操作过程复杂等问题,设计了基于FPGA和ARM的单球中子谱仪。将6Li玻璃闪烁体和硅光电倍增管(SiPM)耦合制成热中子探测器,采用互阻放大电路对信号进行转换,经过放大、整形、采集和处理,得到各探... 详细信息

针对多球中子谱仪不便于携带、测量时间长、操作过程复杂等问题,设计了基于FPGA和ARM的单球中子谱仪。将6Li玻璃闪烁体和硅光电倍增管(SiPM)耦合制成热中子探测器,采用互阻放大电路对信号进行转换,经过放大、整形、采集和处理,得到各探测器计数值,用于计算中子能谱。实验结果表明:探测单元设计合理,能够有效实现中子信号向电压信号的转换,输出信号脉冲幅度为-2.80 V,脉冲宽度为325 ns;电子学系统软硬件稳定可靠,采集计数的漏计数率低于1%。

关键词：单球中子谱仪 FPGA ARM 硅光电倍增管互阻放大器系统设计

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基于金活化片的单球谱仪研制及能谱测量

同位素 2023年第1期36卷 1-8,I0001页

作者：肖凯歌李玮焦听雨李晓博秦茜李世垚刘蕴韬中国原子能科学研究院计量与校准技术重点实验室北京102413

中国先进研究堆(CARR)H-8水平孔道是提供中子的实验孔道,可以提供稳定的辐射场,对于不同的中子实验,其所需的中子能谱谱形不同,准确测量中子能谱具有重要意义。为测量H-8水平孔道中子能谱,研制一种以金活化片为热中子探测器的被动式单... 详细信息

中国先进研究堆(CARR)H-8水平孔道是提供中子的实验孔道,可以提供稳定的辐射场,对于不同的中子实验,其所需的中子能谱谱形不同,准确测量中子能谱具有重要意义。为测量H-8水平孔道中子能谱,研制一种以金活化片为热中子探测器的被动式单球中子能谱仪,使用MCNP程序对10-11~15 MeV能区的中子能量响应进行计算,并分析能量响应的合理性。在CARR堆导管大厅对单球谱仪进行测试实验,使用高纯锗探测器测量各金活化片活度,使用UGA(unfolding based on genetic algorithm)解谱程序对实验数据进行解谱计算。结果表明,导管大厅出射中子能量在10-9~10-6 MeV范围内,单球中子谱仪可以较为精确的给出中子能谱数据,适用于CARR堆H-8水平孔道中子能谱测量研究。

关键词：单球中子谱仪金活化片中子注量能量响应解谱