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基于多球谱仪的252Cf中子辐射场能谱及注量测量方法研究

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基于多球谱仪的252Cf中子辐射场能谱及注量测量方法研究

作者：李崇伟军事科学院

学位级别：硕士

中子计量是电离辐射计量的重要内容和难题之一。近年来,伴随着国内外核安全形势日益严峻和我国核能与核技术事业快速发展,中子计量需求显著上升,对中子计量准确性的技术要求也不断提高。为此,我单位开展了基于高发射率Cf中子源的中子参... 详细信息

中子计量是电离辐射计量的重要内容和难题之一。近年来,伴随着国内外核安全形势日益严峻和我国核能与核技术事业快速发展,中子计量需求显著上升,对中子计量准确性的技术要求也不断提高。为此,我单位开展了基于高发射率Cf中子源的中子参考辐射场建设。本项研究作为该建设任务的一部分,重点研究解决中子能谱与注量测量方法。多球谱仪经长期发展,已成为中子测量常用仪器。但由于其系统响应特异性的不足,如何针对具体中子辐射场,提高其在中子能谱与注量测量中的准确性是仍需研究的重要课题。为此,本论文采用蒙特卡罗(MC)模拟与实验测量相结合的方法,深入研究多球谱仪中子能谱测量、散射本底扣除、慢化体优化等关键技术,旨在为准确测量Cf与重水慢化Cf中子参考辐射场的能谱、注量及校准参数提供关键技术支撑。主要研究内容和结论如下:(1)中子注量与能谱测量方法研究。构建了由He正比计数器、慢化体、电子学和控制终端组成的多球谱仪系统,探讨了各组成部件对中子探测的影响。采用MC软件MCNP 5模拟计算了多球谱仪系统响应矩阵,并在单能中子场中进行了实验验证,实测结果与模拟结果基本相符。采用该多球谱仪实测了Cf与重水慢化Cf中子辐射场,建立了通过解谱反演入射注量与能谱的方法。(2)中子散射效应修正方法研究。针对重水慢化Cf中子源体积大,不方便使用影锥法扣除散射本底的难题,探索了通过MC模拟计算中子散射率的方法,并在Cf中子场中与影锥法实测结果做了比较,模拟与实测结果相对偏差在±6%以内,证明MC模拟方法可行。针对重水慢化Cf中子源,通过MC模拟完成了多球谱仪测量结果的散射校正,得到的中子能谱、平均能量和注量-周围剂量当量转换系数与ISO 8529-1:2021建议值较为相符。(3)多球谱仪慢化体优化设计。通过MC模拟计算得到了不同材料与结构的慢化球对低能中子到20 Me V中子的响应函数曲线,通过改变材料组合方式、尺寸以及硼含量从而调整慢化体对中子的慢化和吸收能力,从中优选了5个慢化球与原有标准9球形成一组优化的响应函数。通过理论计算和重水慢化Cf中子辐射场能谱测量,证明该方法有效,改善了中等能区中子谱分辨性能。通过上述研究,建立了基于多球谱仪的Cf和重水慢化Cf中子参考辐射场能谱与注量测量方法,证明MC模拟法可准确构建多球谱仪响应函数,可替代影锥法实现中子散射修正,另外,通过优化慢化体有助于改善多球谱仪能谱响应。这为Cf中子参考辐射场定标和仪器校准打下了扎实的基础。

关键词：多球谱仪蒙特卡罗模拟散射修正 252Cf 中子能谱测量慢化体设计

Energy spectrum measurement and dose rate estimation of natural neutrons in Tibet region

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Nuclear Science and Techniques 2015年第6期26卷 25-28页

作者：吴建华徐勇军刘森林汪传高 Department of Radiation Security China Institute of Atomic Energy

In this work, natural neutron spectra at nine sites in Tibet region were measured using a multi-sphere neutron spectrometer. The altitude-dependence of the spectra total fluence rate and ambient dose equivalent rate were analyzed. From the normalized natural neutron spectra at different altitudes, the spectrum fractions for neutrons of greater than 0.1 MeV do not differ obviously, while those of the thermal neutrons differ greatly from each other. The total fluence rate, effective dose rate and the ambient dose equivalent rate varied with the altitude according to an exponential law.

关键词：中子能谱测量西藏地区剂量率剂量当量率估算天然能量密度高度变化

用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

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同位素 2022年第4期35卷 281-288,I0003页

作者：何逾洋刘蕴韬刘毅娜王志强李春娟夏莉骆海龙中国原子能科学研究院核技术综合研究所北京102413 计量与校准技术国防科技重点实验室北京102413

为测量中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于^(10)B(n,α)7Li和6Li(n,t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simce... 详细信息

为测量中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于^(10)B(n,α)7Li和6Li(n,t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF_(4)、P10、90%Ar-10%CO_(2)三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF_(4)作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区∅74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF_(4)时,电离室对^(239)Pu/^(241)Am/^(244)Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。

关键词： CSNS反角白光中子源屏栅电离室中子能谱测量

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质子重离子放疗次级γ和中子能谱研究

质子重离子放疗次级γ和中子能谱研究

作者：柴林苏州大学

学位级别：硕士

质子重离子放疗是目前最先进的放疗技术,有着广泛的临床应用前景。但是质子、重离子在人体内发生核反应而产生次级射线,如中子,γ,α等,其中中子及高能γ射线会造成靶区外的全身剂量。论文基于蒙特卡罗的FLUKA、Geant4模拟程序系统地研... 详细信息

质子重离子放疗是目前最先进的放疗技术,有着广泛的临床应用前景。但是质子、重离子在人体内发生核反应而产生次级射线,如中子,γ,α等,其中中子及高能γ射线会造成靶区外的全身剂量。论文基于蒙特卡罗的FLUKA、Geant4模拟程序系统地研究了质子、重离子放疗过程中次级中子与γ射线的产生,同时开展了基于飞行时间结合脉冲幅度甄别技术的次级中子测量的探测系统研究。主要结果如下:（1）基于质子重离子放疗加速器所提供的质子能量范围50 MeV～250 MeV和12C离子能量范围85 MeV/u～430 MeV/u,使用FLUKA和Geant4程序对质子重离子放疗产生的次级中子及γ射线能量和出射方向的分布随放疗质子重离子入射能量的变化进行了系统模拟,对次级粒子在体内的能量沉积和剂量做了相应的计算。（2）基于中子、γ射线在液体闪烁体内所形成的脉冲快慢成分不同的原理,并结合现有仪器搭建了基于飞行时间（TOF）测量技术和脉冲幅度甄别技术的系统,对D-T中子发生器产生的中子进行了 n/γ甄别测试。测量结果显示:飞行时间系统能够实现D-T中子发生器产生的中子能谱测量及中子能量标定;基于数字波形采样器（DT5730）的脉冲幅度甄别系统,能够根据中子与γ射线在液体闪烁体内脉冲形状的差异实现n/γ甄别,以及该系统对中子、γ射线甄别能力FOM（Figure of Merit）可达到0.981。本文使用蒙特卡罗模拟对质子、重离子放疗过程中产生的次级粒子分布以及其对靶区外的剂量分布的影响进行了深入研究,通过对中子能谱测量及n/γ射线甄别,研究并搭建了一套可利用飞行时间法和脉冲形状甄别法测量高能中子能谱的原理性样机,为后续临床实际测量提供依据和测量工具。

关键词：质子重离子放疗次级粒子飞行时间中子能谱测量 n/γ甄别

GEM-TPC快中子谱仪控制与数据采集软件的开发

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GEM-TPC快中子谱仪控制与数据采集软件的开发

作者：姚珮珮华北电力大学

学位级别：硕士

中子能谱测量在核物理的发展中一直占据了重要地位,是核辐射探测领域的一项基本内容。为了满足近年来快中子能谱测量工作中不断提高的能量分辨率和探测效率的要求,清华大学开发出了一套基于GEM-TPC的快中子能谱测量系统。GEM-TPC是一种... 详细信息

中子能谱测量在核物理的发展中一直占据了重要地位,是核辐射探测领域的一项基本内容。为了满足近年来快中子能谱测量工作中不断提高的能量分辨率和探测效率的要求,清华大学开发出了一套基于GEM-TPC的快中子能谱测量系统。GEM-TPC是一种以气体电子倍增器,GEM为探测器读出,以时间投影仪TPC为探测器本体的新型探测器,可基于核反冲法进行中子能谱的测量,其原型机探测系统和相关方面的设计目前还处于研制和调试阶段。因此,需要有一套与探测器配套的控制与数据采集系统（以下简称CDAQ）,能在研制和调试阶段准确的控制探测器的测量工作,并能实时的反馈探测器在不同的工况下（如不同的气体配比,不同GEM膜层数以及偏置电压等）输出信号的波形特征以及统计性信息的变化,从而得到探测器达到最佳工作时所需的条件参数以及在不同条件参数下性能（主要是能量分辨率及探测效率）的劣化曲线。本论文主要完成了该CDAQ系统的上位机控制与采集软件（PC software,以下简称PCS）的开发。PCS可实现对CDAQ系统进行实时在线的工作参数（如触发阈）配置和工作模式选择,可发送指令实现CDAQ系统的自检,并能以翻页机制实时显示GEM-TPC探测器720通道信号的输出波形,以监测探测器工作状态及各个输出通道的电子学性能。论文还克服了以太网监听抓数据包和多通道随机信号分拣的难点。最后,PCS还可以将一段时间内采集的探测器输出的波形信息保存为tx、xls、二进制码等多种格式的文件,便于不同的分析和处理软件导入,可快速的提取出重建反冲核三维径迹所需的时间和位置信息,并根据反冲核沉积的能量,推算入射中子的能量。最后,通过在北京大学重离子加速器上的测试,检验了PCS配合CDAQ及探测器工作的效果与性能。检验结果显示,该软件可有效的控制探测器及CDAQ在不同参数下工作,可适应不同能量、强度和平均时间率的质子束流的测量要求。并从PCS记录的结果中可以准确的重建质子进入TPC后的三维径迹,为不断优化GEM-TPC性能以致最终实现高能量分辨率、高效率的中子能谱测量提供了重要的支持。

关键词：中子能谱测量 GEM-TPC PCS LabVIEW CDAQ

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用于便携式剂量测量的中子能谱测量方法

兵器装备工程学报 2020年第S02期41卷 34-39页

作者：节帅夏文明侯大文戴荣海军工程大学核科学技术学院武汉430033 中国人民解放军92867部队山东青岛266100 中国人民解放军92337部队辽宁大连116087

概括地介绍了多球中子能谱测量法、单球多计数器中子能谱测量法、有机闪烁体中子能谱测量法和正比计数管中子能谱测量法等几种可用于便携式剂量测量的中子注量能谱测量方法,对它们进行了比较,分析了各自的特点。

关键词：中子剂量测量中子能谱测量便携式仪表

裂变丰中子碎片核的中子能谱多参数测量系统研究

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裂变丰中子碎片核的中子能谱多参数测量系统研究

全国第六届核仪器及其应用学术会议

作者：黎光武韩洪银顾先宝曲从会王涛峰中国原子能科学研究院核物理研究所

多参数测量系统在裂变物理研究中正得到越来越多的应用。本文介绍了用于测量裂变丰中子碎片核瞬发中子能谱的多参数测量系统设计和原理方法;同时模拟计算分析了互补碎片瞬发中子对实验测量的影响。该多参数实验测量系统采用碎片和中子... 详细信息

多参数测量系统在裂变物理研究中正得到越来越多的应用。本文介绍了用于测量裂变丰中子碎片核瞬发中子能谱的多参数测量系统设计和原理方法;同时模拟计算分析了互补碎片瞬发中子对实验测量的影响。该多参数实验测量系统采用碎片和中子飞行时间测量方法、以及用平面高纯锗探测器测 X 射线能量的方法,具有测量分辨率高和多用途的特点。

关键词：核裂变丰中子核多参数关联中子能谱测量

来源： cnki会议评论

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原子核裂变机制的理论和实验研究

核物理动态 1996年第2期13卷 7-8页

作者：胡济民包尚联樊铁栓钟云霄刘金泉北京大学重离子物理研究所北京大学技术物理系

简要介绍了关于核裂变机制的理论和实验研究的进展和进一步的设想

关键词：核裂变机制多通道理论中子能谱测量