单球中子能谱仪的发展概况.pdf

2016年6月
宇航计浏技术
Jun,2016
第35卷第5期
Journal of Astronautic Metrology and Measurement
Vol 36, No 5
文童编号:1000-7202(2016)05-0047-07
中分类号:T816.3
文献标识码:A
单球中子能谱仪的发展概况
张伟华刘敖娜王志强李春娟徐鹍
中国原子能科学研究院计量测试部;计量与校准技术重点实验室,北京102413
摘要本文调研了国内外多家实验室的多探头单球中子能谱仪技术现状,核心探测器主要是活化片、热
释光剂量计、Li-'E对玻璃闪烁体、硅二极管、位置灵敏正比计数器等。针对这几种单球中子能谱仪的结构设计
能量响应模拟、能谱实验测量等进行了讨论分析。
关键词中子能谱单球活化片热释光剂量计-7对玻璃闪烁体位置灵敏正比计数器
Overview of Single-sphere Neutron Energy Spectrometer
ZHANG Wei-hua IU Yi-na WANG Zhi-qiang L Chum-juan XU Kun
Radiation Metrology and Measurement Division, China Institute of Atomic Enery; National key
Laboratory for Metrology and Calibration Techniques, Beijing 102413
Abstract Generally, several kinds of thermal neutron detectors such as activation foils, thermolu
miniscent dosimeters(TLD Liii pairs lass scin illaors, position-sensitive proportional counter, et
al, were used as the coredetectorsin the single-sphere neutron energy spectrometers. According to the de-
velopment of multi-etector single-sphene neutron energy spectrometer, techniquesof structuredesign, ener.
gy response simulation and neutron energy spectrum measunement were narrated andanalyzed in this papr
Key words Neutron energy spectrum Single sphere Activation foils TLD Li-li pairs
glass scintillators Position-sensitive proportional counter
加速器等辐射场所同时存在质子等带电粒子,成为
1引言
本底干扰,无法扣除。同时多球谱仪体积大且较重,
使用时需进行多次测量。核动力堆、核潜艇舱内空
对于热能至20MeV能区的中子能谱测量,使用间狭小,受此限制,需研制外观体积更紧凑的探测
多球中子能谱仪(即 Bonner球)测量中子能谱的方器。故国内外多家实验室将多球谱仪改进,研制单
法在国际上得到了广泛认可,另外还有闪烁体谱仪、慢化球的中子能谱仪。并且单球中子能谱仪在使用
反冲质子计数管组合探测器、 ROSPEC谱仪等测量时只需一次照射,较之多球谱仪更简单方便。
装置。多球中子能谱仪中心是He管,与中子发生
以单球代替传统的多球谱仪,重点设计用于热
核反应生成H和日,通过记录这两种带电粒子的信中子探测的位置灵敏探测器。主要理念是设计一个
号而达到探测中子的目的。而在航天器舱内、高能聚乙烯慢化球,沿其X、Y、Z中心轴均匀布置多个热
收稿日期:2016-07-31,修回日:2016-08-30
作者简介:张伟华(1983.03-),女,测研究员,主要研究方向:电离辐射防护与环境保护计量技术
万方数据
宇航计测技术
2016
中子探测器,将整个慢化球分成多个壳层,通过三维
空间内不同位置的热中子探测,达到类似多球谱仪
对于不同能量中子的相应慢化作用。依据单慢化球
内主探测器的不同,可将单球中子能谱仪分为两类:
类在单聚乙烯慢化球内布置被动式探测器例如活
化片、热释光剂量计等,另外一类是慢化球内放置主
动式探测器例如He正比计数器、二极管、闪烁体加
光电倍增管等。本文主要就国内外的单球中子能谱
仪的技术发展状况进行分析。
图1单球谱仪镝活化片布局图
0.35
2被动式单球中子能谱仪
-r=5.5cm
r=7.5cm--r=9.5cm
0.30?-,-r=llm
0.25
被动式单球中子能谱仪技术发展源于被动式多
0.20
球中子谱仪的测量技术。多球谱仪技术可用于较宽
范围(热能至数百兆电子伏)中子能谱测量,依据待
50.15
测中子、γ辐射场的成分差异,其核心探测器可布置
0.10
金活化片-到或者对mID+-?等组成被动式多球谱
0.05A
仪。金活化片组成的中子谱仪因其对光子不灵敏可
00:…
用于较强γ成分的中子ーγ混合辐射场的中子测量。
10-1010710610-510410-310210110°1010103
E(Mev)
而对TD组成的中子谱仪优点是灵敏度高,但其测
图2镝活化片单球谱仪响应矩阵
量结果的不确定与金活化片相比较高。二十ー世纪
初,意大利INFN-LNF研究所的 R. Bedogni等”工作
参考谱
者改进被动式多球谱仪,以镝(Dy)活化片取代金活
解谱
0.20
化片。镝活化片较之金活化片的优点在于镝与热中
子反应截面更大(2700bam对98.8bam),且生成物的
0.15
半衰期更短(2.34h对2.696)利于后期计数测量。
在此基础上,多家实验室的工作者将多球谱仪
010
改进成单球谱仪,用于辐射防护监测时一次受辐照
0.05
可简化操作。
2.1活化片单球中子能谱位
西班牙 CIEMAT研究所的J.M.Co'mez-Ros和
10-910*10-110610-51041010-21011010102
Neutron energy(Me V)
M. Moraleda联合意大利INFN-LNF研究所的R.Be-
图3高能电子東所致高能中子輻射场解谱图
dogni等工作者研制了扩展单球中子能谱仪,在德
国物理技术研究院对其单能中子能量响应进行校
参考谱
准。该谱仪中子能谱测量范围自热能至数百兆电
0.20
解谱
子伏,主体探测器是25cm的单聚乙烯慢化球,其内层
包含1cm铅层,镝活化片布置在中心轴0,5.5,7.5
9.5,11和12.5cm位置,如图1所示。该单球谱仪响
0.10
应矩阵由 MCNPX计算得到,如图2所示。
单球谱仪测量数据需经解谱程序解谱, FRUIT
0.05