有源井型中子符合测量装置研制

在核材料衡算中,有源井型中子符合测量装置(AWCC)是用于含铀核材料无损测量的主要设备之一。该装置基于核材料中的235U具有高的热中子诱发裂变截面,采用低中子能量的Am-Li中子源作裂变中子源,诱发235U裂变,利用3He计数管阵列探测235U诱发裂变产生的中子,通过与标准含铀样品的测     

微小角中子散射谱仪的高分辨中子闪烁体探测器研究

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于⁶LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。     

有源符合中子法探测高浓缩铀的技术研究

开展了有源符合中子法探测^235U富集度为90．34％的小圆柱状金属铀块裂变材料的方法与技术研究。使用有源井型中子符合计数装置测量金属铀块中^235U受Am-Li中子源诱发后产生的裂变中子,运用最小二乘法的计算方法将测得的中子总计数率、真符合计数率分别与金属铀块质量做线性拟合,其线性相关性系数达0．999;在此基础上,进一步测量了在相同质量金属铀的条件下不同源、样距及不同样品形状的中子计数变化趋势。     

γ全吸收型探测装置探测效率的实验与模拟

为精确测量keV能区中子俘获反应截面,中国原子能科学研究院核数据重点实验室基于中国散裂中子源反角白光中子源建成了国内首套γ全吸收型BaF₂探测装置。为获得重要的实验参数装置对γ射线的探测效率曲线,对单个BaF₂探测器模块能谱的测量数据与模拟结果进行比较。结果表明,测量¹³⁷Cs和⁶⁰Co源得到的实验结果与MCNP和GEANT4的模拟结果吻合较好,验证了模拟计算得到的探测效率曲线的可靠性,可用于中子俘获反应截面的在线测量。     

用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置

本工作优化设计建立了1套可用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置,并基于该装置开展了性能测试。结果表明,装置运行状态稳定,各项指标均在可接受范围内。同时开展了对~(252)Cf源和标准Pu样品的实验室模拟测量等中子多重性测量研究。结果表明,该测量装置的探测效率好于15%,测量相对标准偏差为8.6%,表明在条件允许时,通过长时间信号采集,该中子多重性测量装置有能力替代基于~3He管的中子多重性测量装置,通过中子多重性分析完成核保障中核材料衡算定量测量任务。     

用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置

本工作优化设计建立了1套可用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置，并基于该装置开展了性能测试。结果表明，装置运行状态稳定，各项指标均在可接受范围内。同时开展了对²⁵²Cf源和标准Pu样品的实验室模拟测量等中子多重性测量研究。结果表明，该测量装置的探测效率好于15%，测量相对标准偏差为8.6%，表明在条件允许时，通过长时间信号采集，该中子多重性测量装置有能力替代基于³He管的中子多重性测量装置，通过中子多重性分析完成核保障中核材料衡算定量测量任务。     

中子多重性计数器探测效率空间分布研究

针对基于3He的中子多重性计数器探测效率的空间分布情况,本文在中国原子能科学研究院研制的中子多重性计数器装置上,实验研究了不同位置处的探测效率,通过对探测效率实验数据在空腔内轴向和径向变化趋势的分析,提出了采用多元方差分析与最小二乘拟合的方法,建立中子多重性计数器的探测效率空间分布的数学表达式,并研究了采用实验测量点对探测效率进行标定的方法。同时,将本文提出的确定探测效率空间分布的方法拓展应用于AWCC装置的研究。另外,还对探测效率的空间分布情况进行了理论分析,解释了探测效率在径向的边缘效应。     

γ全吸收型探测装置中子束流监视器的Geant4模拟

利用Geant4模拟了γ全吸收型探测装置中用于中子束流监视的锂玻璃探测器的相对探测效率，给出了锂玻璃探测器在10keV～1MeV区间的中子探测效率，并对影响探测效率的相关因素进行了分析，讨论了弹性散射引起的时间滞后对TOF(time-of-flight)测量的影响和不同厚度锂玻璃探测器的n-γ分辨效果。在未来使用锂玻璃探测器作为keV中子源监视器时，这项工作将为更好地理解相关中子飞行时间谱和能谱提供依据。     

液闪中子多重性测量技术应用研究

正在已建立的液闪中子测量模拟实验装置基础上,通过蒙特卡罗模拟计算优化确定了中子测量装置结构,即采用7个探测器所构成的探测系统结构,当阈值为0.5Cs时,装置探测效率为9.28%,当阈值为0.25Cs时,装置探测效率为14.98%(无聚乙烯屏蔽体)。在此基础上,选用130mm厚高密度聚乙烯作为中子慢化及屏蔽材料,0.5mm厚的Cd片作为中子吸收材料,10mm厚的Pb作为γ射线屏蔽材料,初步确定了装置的机械设计加工方案。     

6 有源井型中子符合测量装置研制

在核材料衡算中，有源井型中子符合测量装置（AWCC）是用于含铀核材料无损测量的主要设备之一。该装置基于核材料中的^235U具有高的热中子诱发裂变截面，采用低中子能量的Am—Li中子源作裂变中子源，诱发^235U裂变，利用^3He计数管阵列探测^235U诱发裂变产生的中子，通过与标准含铀样品的测量结果比较，给出核材料中^235U的量。