快中子脉冲反应堆应力测量的温度修正

简要介绍了快中子脉冲反应堆在脉冲工况下构件应力的产生机制,导出了基于球壳模型的应力-应变转换公式,提出了实测应变的温度修正模式.在CFBR-II快中子脉冲反应堆上进行了验证实验.结果表明:引进理论计算的温度修正系数可以有效地回避瞬时温升的测量和时间同步性要求,应力测量结果与理论计算结果的误差<25%.     

多气隙电阻板室快中子探测器性能模拟

介绍了一种具有优良时间分辨率的新型快中子探测器,用蒙特卡罗方法模拟了该探测器的能量响应和产生质子的转换效率,分析了其n/γ分辨能力.该探测器结合飞行时间法可以准确地测量快中子能谱.     

14 MeV快中子照相用光纤转换屏研究

快中子照相技术因其超强的样品透视能力而成为射线无损检测技术近年来研究的热点,转换屏是中子照相装置的关键部件。光纤转换屏是一种新型的快中子照相转换屏,较大程度兼顾了光纤阵列的高探测效率和荧光屏的高成像质量,具有很好的应用前景。本文以D-T加速器为中子源,用ZnS和环氧树脂以及光纤研制了快中子照相光纤转换屏,耦合科学级CCD数字成像系统,进行了快中子数字照相技术研究,获取了不同光纤排列方式的光纤转换屏积分曝光图像,同时测量了快中子荧光屏和塑料闪烁体等其他快中子照相用转换屏的发光效率,实验结果表明,光纤转换屏的发光效率高于其他类型转换屏的。     

14 MeV快中子照相用光纤转换屏研究

快中子照相技术因其超强的样品透视能力而成为射线无损检测技术近年来研究的热点，转换屏是中子照相装置的关键部件。光纤转换屏是一种新型的快中子照相转换屏，较大程度兼顾了光纤阵列的高探测效率和荧光屏的高成像质量，具有很好的应用前景。本文以D-T加速器为中子源，用ZnS和环氧树脂以及光纤研制了快中子照相光纤转换屏，耦合科学级CCD数字成像系统，进行了快中子数字照相技术研究，获取了不同光纤排列方式的光纤转换屏积分曝光图像，同时测量了快中子荧光屏和塑料闪烁体等其他快中子照相用转换屏的发光效率，实验结果表明，光纤转换屏的发光效率高于其他类型转换屏的。     

快中子转换屏发光性能研究

以中子转换屏发光机理建立数学模型,计算了LiF-ZnS中子转换屏的各项参数对成像性能的影响。用不同种类荧光粉制备了多块不同厚度和材料成分的快中子转换屏进行性能测试,实验结果显示,14 MeV快中子转换屏最佳厚度为3 mm左右,ZnS和粘合剂的最佳重量比为1:1–2:1。对快中子转换屏和塑料闪烁体等中子探测屏的性能进行了实验测试和对比,给出了各种探测屏的性能差异和适用范围。     

用4.5MV静电加速器开展快中子照相的研究

用国产原材料研制了一种适用于快中子照相的关键部件——快中子转换屏。利用⁹Be(d，n)反应在北京大学4.5MV静电加速器上产生低于7MeV能区的快中子，采用胶片成像法进行了快中子照相的初步实验。借助带不同孔径的Fe等不同材料制作的不同厚度的试验样品，对快中子胶片成像法的基本性能进行了初步测试和研究。实验结果表明，研制的快中子转换屏能够满足快中子照相的需要。     

ST-451型有机液体闪烁体快中子绝对效率的测定

一、前言由于有机液体闪烁体对于γ射线和中子有极好的脉冲形状甄别性能和快的时间响应,而且对快中子具有较高的探测效率,在快中子飞行时间谱仪中常用作中子探测元件。我们以T(d,n)~4He反应作为中子源,利用伴随粒子型快中子飞行时间谱仪测量了ST-451型     

MRPC探测快中子研究

介绍了多气隙电阻板室(MRPC)的结构和原理,用蒙特卡罗方法计算了MRPC对快中子的灵敏度,并进行了脉冲中子实验。实验表明,MRPC有望用于飞行时间法测量快中子能谱。     

金属核燃料快中子脉冲堆核-热-力耦合计算方法研究

为确保快中子脉冲堆的运行安全,防止超临界脉冲对材料造成物理损伤,需要对快中子脉冲堆脉冲工况进行模拟分析。本研究针对金属核燃料快中子脉冲堆,基于点堆动力学方法、蒙特卡罗方法和有限元力学方法,对Godiva-I脉冲堆开展了核热力耦合计算分析研究。计算结果表明,反应性温度系数和裂变率与实验值吻合良好,反应性、温升、表面位移、表面应力与实际情况相符合。因此,本文建立的“核-热-力”耦合计算方法可应用于金属核燃料快中子脉冲堆的分析计算,具有一定的可靠性。      

快中子脉冲堆动力学特性研究

快中子脉冲堆是一种可超瞬发运行的链式反应堆，在研究裂变反应堆瞬态物理过程和中子动力学过程等方面有重要的应用价值。介绍了快中子脉冲堆的动力学过程与特性，推导了动力学方程和超瞬发临界状态下的解析解。介绍了实验研究结果，测量了快中子脉冲堆超瞬发临界运行产生的脉冲中子辐射场的脉冲特性参数，获得了快中子脉冲堆中子动力学的基本特性参数。实验结果与建立的理论模型很好地符合。     

手持式单板500MHz采样率数字化多道设计

针对Cs2LiYC16:CE(CLYC)闪烁晶体、掺硼塑料闪烁体等中子/γ探测器的电流脉冲波形的甄别,需要高速数字化多道脉冲幅度分析器。采用直接耦合方式设计高速模拟前端电路,将高速模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)配合现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)芯片实现数字化设计,在FPGA内部实现了高速数字滤波、脉冲幅度提取、基线扣除、谱线存储与传输等功能。通过嵌入式的Power PC内核,实现替代外部控制器的复杂时序功能,并挂接通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)外设芯片实现与外部计算机的高速双向数据传输。本文还设计了低噪声、大电流的开关电源,最终实现了可脱机独立运行的手持式单板高速数字多道。通过实测数字多道的模拟前端电路大信号带宽达110 MHz,小信号带宽达200 MHz,实时采样率为500 MHz,脉冲计数通过率大于107 s-1,线性度达0.999 8,连接NaI(Tl)、掺硼塑料闪烁体、LaBr_3(Ce)等闪烁体探测器实测谱线合理,满足实际使用要求。     

基于MPD-4电子学插件的液体闪烁体中子光响应特性实验研究

中子光响应函数是液体闪烁体探测器的重要参数，准确的光响应函数和探测阈值是精确确定中子探测效率的基础。近年来，专门用于液体闪烁体中子探测器的高集成度新型电子学插件（Mesytec公司的MPD-4）广泛应用于中子探测系统中，该电子学插件集成了脉冲高度（PH）、脉冲形状甄别（PSD）和恒比定时（CFD）测量功能，且1个NIM插件即可实现4路探测器的同时测量。对于同一中子探测器，利用这一电子学系统与传统电子学系统对中子的光响应函数进行了实验比对，结果表明，两套系统得到的中子光响应函数具有明显的差异。因此，在使用MPD-4电子学系统进行中子探测的实验中，需对光响应函数进行重新标定。     

CLYC探测器n/γ聚类甄别方法研究

为了高性能分辨探测中子与γ射线，搭建了一套基于Cs₂LiYCl₆:Ce³⁺(CLYC)探测器和数字示波器的数字化核脉冲采集系统。通过Matlab编程，研究了系统聚类法和K-means聚类法两种n/γ脉冲波形甄别方法，并与传统的电荷比较法进行了对比。结果表明，两种聚类法均可准确分辨脉冲类别，K-means聚类法在计算时间和内存占用方面更具优势，有利于实时脉冲处理。该研究为研制基于CLYC探测器的n/γ双模式探测谱仪提供了一种有用的脉冲波形甄别技术解决方案。     

基于脉冲幅度谱的3He正比计数管中子散射谱仪探测系统关键参数测定方法

中子散射谱仪探测系统各部件性能参数需相互匹配,准确的参数测定方法利于改进谱仪探测系统的实际性能,提高物理实验数据质量（可信度等）。本文基于³He正比计数管中子散射谱仪探测系统,开发了脉冲幅度甄别器甄别阈、核辐射探测器工作电压以及气体核辐射探测器性能参数的脉冲幅度谱测定方法,这些方法较传统的积分曲线测定方法、坪曲线测定方法以及电压-电流曲线测定方法具有测量时间短、准确度高、应用范围广等优势。     

中子管冷阴极潘宁离子源起弧特性测试

实验建立了中子管冷阴极潘宁离子源起弧特性的测试方法。该方法采用对比实验方法对中子管离子源起弧时刻进行研究,可得到离子源起弧规律,发现同步脉冲与中子脉冲之间的差异。通过改变变量,对存在的差异进行研究,得到中子脉冲时序关系,为脉冲中子类测井仪方法研究提供数据基础。     

Determination of prompt-neutron decay constant from phase shift between beam current and neutron detection signals for an accelerator-driven system in the Kyoto University Critical Assembly

A unique power spectral analysis for a subcritical reactor system driven by a pulsed 14 MeV neutron source was carried out at the Kyoto University Critical Assembly (KUCA). In this analysis, a complex cross-power spectral density between time-sequence signal data from an accelerator beam ammeter and a neutron detector was measured to determine the prompt-neutron decay constant of an accelerator-driven system (ADS) from the phase data of the spectral density. Assuming the one-point kinetics model, in theory, the decay constant can be arithmetically derived from the phase at the integral multiples of the pulse repetition frequency. However, the actual derivation from the phase at a pulse repetition frequency of 20 Hz considerably underestimated the prompt-neutron decay constant, compared with that obtained by a previous pulsed neutron experiment, and the derived decay constant apparently decreased with an increase in the multiple of the pulsed repetition frequency. Considering a lag time in detector response, the above underestimation and the above apparent decrease were solved to obtain the consistent decay constant. While both previous power spectral analysis and Feynman-α analysis for pulsed neutron source require non-linear least-squares fits of the respective complicated formulae, the present analysis makes the fitting unnecessary except at regular calibration of the lag time. This feature is advantageous for a robust online monitoring of subcritical reactivity of an actual ADS.     

BC501液体闪烁体对n-γ及能量的分辨与其尺寸的关系

BC501液体闪烁体广泛应用于探测快中子，但测量伴随着很高的γ本底。为寻找具有较好的n-γ及能量分辨的BC501闪烁体，利用脉冲上升时间法，对几种不同尺寸的BC501闪烁体进行n-γ及能量分辨测量。在下阈0.75和1MeV下，分别测量了Am-Be中子源的n-γ分辨谱以及相同条件下的γ上升时间-幅度谱。测量了d-T中子源14MeV的反冲质子脉冲高度分布。对不同尺寸BC501闪烁体的n-γ及能量分辨进行了比较。实验表明，综合考虑n-γ和能量分辨，闪烁体的体积不应太大，长度应在保证效率的条件下适中选择。      

A digital spectrometer approach to obtaining multiple time-resolved gamma-ray spectra for pulsed spectroscopy

Neutron-induced gamma-ray emission and its detection using a pulsed neutron generator system is an established analytical technique for quantitative multi-element analysis. Traditional gamma-ray spectrometers used for this type of analysis are normally operated either in coincidence mode - for counting prompt gamma-rays following inelastic neutron scattering (INS) events when the neutron generator is ON, or in anti-coincidence mode - for counting prompt gamma-rays from thermal neutron capture (TNC) processes when the neutron generator is OFF. We have developed a digital gamma-ray spectrometer for concurrently measuring both the INS and TNC gamma-rays using a 14 MeV pulsed neutron generator. The spectrometer separates the gamma-ray counts into two independent spectra together with two separate sets of counting statistics based on the external gate level. Because the TNC gamma-ray yields are time dependent, additional accuracy in analyzing the data can be obtained by acquiring multiple time-resolved gamma-ray spectra at finer time intervals than simply ON or OFF. For that purpose we are developing a multi-gating system that will allow gamma-ray spectra to be acquired concurrently in real time with up to 16 time slots. The conceptual system design is presented, especially focusing on considerations for tracking counting statistics in multiple time slots and on the placement of pulse heights into multiple spectra in real time.     

中国先进研究堆中子飞行时间谱仪的设计与建造

中子飞行时间谱仪是用于中国先进研究堆上可直接测量冷、热中子能谱的实验装置。介绍了该谱仪的结构和谱仪关键部件的参数选择,分析了机械斩波器狭缝与限束狭缝对脉冲中子束中子数和宽度的影响,得出与中子波长相关联的脉冲中子束中子数和宽度的公式。根据高注量率中子束能谱测量的需求,通过选择低灵敏探测器、加载探测器狭缝、选择多道时间分析器获取数据,保证漏计数率小于0.5%。设计了探测系统电子学线路,给出系统总分辨时间为22.15～29.46 μs。     

n-γ脉冲信号的仿真及其波形甄别技术研究

在中子探测过程中实现n-γ脉冲信号的甄别对中子探测具有重要意义。本文在LabVIEW平台上实现了n-γ脉冲信号仿真单元,并用电荷比较法和脉冲持续时间法对其产生的n-γ脉冲信号进行了数字化甄别。仿真实验及数据处理结果表明,电荷比较法与脉冲持续时间法都能实现n-γ甄别,但后者的甄别能力更强。