| 题名 | 基于裂变法的中子探测器研究 |
| 作者 | 关远帆 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 段利敏 |
| 英文摘要 | 中子测量在很多领域,尤其是先进核能领域,都非常有用。由于中子不带电荷,不能和物质发生电磁相互作用,中子的探测只能通过中子反应产生的次级带电粒子来完成。中子反应产生次级带电粒子的方法包括核反应法、核裂变法、核反冲法和核活化法等。由于裂变过程产生两个大的碎片,其输出信号幅度大、易于探测,核裂变法广泛地应用于反应堆的中子测量。本论文基于裂变法研制了两套中子探测器,第一套为裂变PPAC,是使用平行板雪崩计数器的方法,第二套为裂变电离室。平行板雪崩计数器(PPAC)具有灵敏面积大、时间分辨好、位置分辨高、和探测效率高等显著优点。本论文中研制的裂变PPAC探测器包括7层,左面三层用作第一套PPAC,右面三层用作第二套PPAC,第四层是隔离层,用于隔离两套PPAC。每套PPAC里的中间层用作阳极,另两层作阴极,各电极间距为3毫米。为了探测快中子,第二套PPAC的阳极上镀了~(238)U(U_3O_8)材料。由于两套PPAC都能探测到γ,但是,只有第二套PPAC能探测到中子,经过电子学信号处理即可扣除γ本底。利用两套PPAC来进行γ补偿的上述方法,在世界上还是第一次提出。本文利用蒙特卡洛软件Geant4确定了~(238)U镀层的最佳厚度,并计算了裂变PPAC的探测效率。此外,还使用了专用于气体电离分析的软件Garfield++对几种工作气体的电子漂移速度和平均增益进行了模拟,选出了最能适合快时间、低气压探测器的工作气体C_4H_(10),并且用Garfield++模拟了磁场对电子漂移速度和裂变PPAC输出信号的影响。为了观测裂变PPAC探测器的性能,用~(241)Am源和~(252)Cf源对探测器进行了测试,测试过程中探测器工作气体为异丁烷,工作气压为6mbar或10mbar,采用流气模式工作。首先用~(241)Am源对探测器在不同电压下的计数率进行测试,初步选择了裂变PPAC探测器的工作电压;然后在选定的工作电压下,测试~(252)Cf中子源自发裂变产物在PPAC中的能量沉积谱,以及裂变PPAC的时间分辨率。由于~(252)Cf源能同时发射一个自发裂变碎片和一个中子,通过符合测量这两个粒子,我们测得裂变PPAC探测器的时间分辨为164ps。由于裂变PPAC对工作气体、工作气压的要求较高,为了降低工作成本,文中研制了可在不同气体中工作的裂变电离室用于入射中子注量探测。裂变电离室的电极由内、外两个同心圆筒构成,内筒为阳极,外筒为阴极,电极间距2mm,通过在内筒(外筒)的外层(内层)分别电镀545μg/cm~2的~(238)U(UO_2(OH)_2)作为裂变靶,测得在空气和不同气压的Ar气环境下,裂变电离室有稳定的探测效率(平均值为8×10~(-7)),而且能连续稳定工作超过3000小时。为了能更细致的研究裂变电离室测得的能量沉积谱,本文通过Geant4软件,模拟了在不同气压的Ar气下,分别来自内层靶和外层靶的裂变产物(Alpha粒子和裂变碎片)在工作气体中的能量沉积谱。比较探测效率的模拟值和测试值,结果显示两者之间的差异小于±5%。本工作中设计研发的裂变PPAC具有时间分辨率好、信号幅度大、长时间工作稳定的优点,可以通过飞行时间法测量反应堆堆外的中子能量;裂变电离室具有对工作气体要求低、长时间工作稳定的优点,适用于高本底环境下的中子注量监测工作,符合反应堆堆外中子监测的要求。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 107 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://119.78.100.186/handle/113462/134940]  |
| 专题 | 核探测技术与公共平台中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 关远帆. 基于裂变法的中子探测器研究[D]. 中国科学院大学. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所). 2019. |
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