用于测量高能γ射线的三晶电子对谱仪的研制

为解决高能γ射线的准确测量问题,本文基于自主研发的闪烁晶体探测器研制了一套三晶电子对谱仪,测量了⁵⁶Co放射源1.5 MeV以上γ射线的双逃逸峰能谱。与使用单个LaBr3探测器所测能谱相比,三晶电子对谱仪有效降低了峰与连续本底的比值。本文研究结果为准确测量加速器共振核反应(p,γ)及激光康普顿散射(LCS)产生的高能γ射线奠定了技术基础。     

氘-氘聚变反应高能γ射线产额的实验研究

本文对低能D(d,γ)⁴He聚变反应进行了实验研究。由于D(d,γ)⁴He聚变反应γ射线的产额低、能量高、本底大,实验采用大NaI-塑料闪烁体反康谱仪,以提高探测效率并降低宇宙线的影响;采用脉冲束飞行时间方法区分中子和γ射线,以减小中子和宇宙线本底的影响。实验测量了300 keV d束轰击厚D靶和薄D靶两种情况下的γ数据。在计算反应产生23.8 MeV的高能γ峰面积时,采用了拟合法扣除本底。实验测得,对厚靶,D(d,γ)⁴He反应截面为2.47×10^-37m²;对薄靶,D(d,γ)⁴He反应截面为4.36×10^-37m²。     

252Cf裂变γ射线伴随飞行时间法刻度液体闪烁体中子探测效率

宏观检验实验是检验核数据正确性的重要实验方法之一。液体闪烁体中子探测器是中子核数据宏观检验实验中快中子能谱测量的主要探测器，其探测效率曲线的准确性关系到实验结果的精度。本文采用²⁵²Cf中子源的伴随γ射线和飞行时间法测得了液体闪烁体对2.0～10.0 MeV中子的相对探测效率曲线，同时利用飞行时间法和400 kV脉冲中子发生器的d-D反应中子源测得了2.9 MeV单能中子的绝对探测效率。将相对探测效率曲线归一到单能点的绝对效率，得到探测器在这一能区的绝对探测效率曲线。使用蒙特卡罗程序NEFF模拟相同参数的液体闪烁体探测器对10.0 MeV以下中子的探测效率曲线。最后将实验结果与模拟结果对比，结果表明实验得到的探测效率曲线合理、准确。     

闪烁薄膜探测器X/γ射线能量响应研究

为准确评估闪烁薄膜探测器(OSFD)在脉冲裂变中子参数测量中γ射线对测量结果的影响,利用Geant4程序对闪烁薄膜探测器的X（或γ）射线响应进行模拟,结合半经验电子发光效率曲线,获得探测器能量响应理论曲线,利用662 keV和1.25 MeV的单能γ射线源,以及窄谱剂量标准的48~208 keV准单能X射线能点对探测器响应进行刻度。本研究结果为闪烁薄膜探测器结构的改进,以及探测器在宽能谱脉冲X射线场测量中的应用提供了重要依据。     

keV能区中子注量率测量初级标准装置研制

由于大多数中子探测器在keV能区处于共振能区,截面数据无法精确已知,无法作为中子注量率测量初级标准装置。⁶Li在keV能区的截面精确已知,本文以此设计了一种包含⁶LiF转换体的硅半导体探测器系统（LiF-SSD探测器）,建立了keV能区中子参考辐射场中子注量率测量初级标准装置。利用SRIM和TRIM程序估算了LiF-SSD探测器的计数率;基于Geant4开发了探测器响应计算程序,给出了中子能量为27.4 keV的探测器脉冲幅度计算谱;利用⁴⁵Sc(p,n)-⁴⁵Ti反应,测量了27.4 keV中子能量点的探测器脉冲幅度谱,测量结果与理论计算谱符合较好。     

基于4H-SiC肖特基二极管的中子探测器

针对当前极端环境下耐辐照半导体中子探测器的需求,采用耐高温、耐辐照的碳化硅宽禁带半导体材料,利用⁶Li(n, α)³H核反应原理,研制了基于4H-SiC肖特基二极管的中子探测器。利用磁控溅射完成中子转化层的制作,并用SEM表征⁶LiF膜厚。在10～600 V反向偏压下,漏电流维持在6.4 nA以下,表明探测器具备良好的半导体-金属肖特基整流接触。利用²⁴¹Am源研究探测器对5.486 MeV的α粒子的响应,测得分辨率为4.5%。同时,利用该探测器测量了由临界装置产生并经石蜡块慢化后的热中子,观测到热中子与⁶Li作用产生的α和T粒子信号的实验结果。     

240Am半衰期的测量

²⁴⁰Am的半衰期对准确测量²⁴¹Am(n,2n)²⁴⁰Am反应截面具有重要作用，当前评价的数据50.8(3) h是对²⁴⁰Am的987.8 keV γ射线用Ge(Li)探测器跟踪测量6 d的结果，测量时间不到3个半衰期，使得测量结果的不确定度偏大。本文利用Geant4模拟软件建立了阱型HPGe探测器的测量模型，模拟计算了不同Pb吸收厚度下²⁴⁰Am高能γ射线的探测效率，确定使用阱型HPGe探测器配合吸收X射线和低能γ射线的Pb吸收体可有效提高²⁴⁰Am高能γ射线的探测效率。根据Geant4模拟计算的结果，Pb吸收体厚度为1 mm时，对²⁴⁰Am的888.8 keV和987.8 keV两条特征γ射线的探测效率分别为14.1%和13.3%。在中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器上通过²⁴²Pu(p,3n)反应生产了²⁴⁰Am，制备了约700 Bq的²⁴⁰Am测量源，用上述方法跟踪测量²⁴⁰Am的888.8 keV和987.8 keV两条特征γ射线的强度，时间超过18 d，用最小二乘法拟合得到其半衰期为50.79(5) h，结果与评价结果一致，但减小了不确定度。     

声空化核效应实验的中子探测系统

设计建立了用于声空化核效应的中子测量系统,该系统由ST-451液闪探测器和BF₃正比计数管组成,各中子谱仪的仪器精度<2.42%,并导出BF₃正比计数管的中子探测灵敏度计算式。利用高压倍加器氘离子轰击D-Ti靶产生的2.45MeV中子,对BF₃计数管进行探测灵敏度标定。利用BF₃正比计数管测量声空化核效应实验的声核中子,由此估算有效中子发生率为7.0×10⁴～8.0×10⁵s^-1。     

板状Bi样品泄漏中子和γ谱实验测量与模拟计算

通过飞行时间法,测量了氘氘脉冲中子与不同厚度209Bi样品作用后61°和119°方向的泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱,样品尺寸分别为30 cm×30 cm×5 cm、30 cm×30 cm×10 cm和30 cm×30 cm×15 cm。采用BC501A液体闪烁体探测器测量0.8～3.2 MeV能区的泄漏中子飞行时间谱,钾冰晶石探测器（CLYC）测量0.2～0.8 MeV的泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱。用MCNP-4C程序对泄漏中子飞行时间谱和泄漏γ能谱进行了模拟计算,²⁰⁹Bi的评价中子核数据分别采用了CENDL-3.1库、ENDF/B-Ⅷ.0库、JENDL-4.0库以及JEFF-3.3库中的数据,模拟结果分别与实验结果进行比较分析,研究结果表明,泄漏中子谱CENDL-3.1库的模拟结果在119°方向弹性峰位置有较严重的低估现象,JENDL-4.0库在1.5 MeV附近（第二非弹能区）有一定高估,而在低能区有明显低估;泄漏γ能谱JENDL-4.0库和JEFF-3.3库的模拟结果与实验结果偏差明显,而CENDL-3.1库符合较好。     

中子活化法测量氙在塑料闪烁体表面吸附量的研究

采用叠层式β-γ符合探测器测量弱放射性氙同位素时,由于氙在β探测器（BC404）内壁吸附而增大了其本底,影响后续弱样品的测量。利用中子活化分析法在痕量元素分析中的高灵敏度、无损等特点,采用14.1 MeV中子辐照吸附有氙的塑料闪烁体（BC404）样品,通过MCNP模拟计算和活化产物¹³³Xe和¹³⁵Xe特征γ射线的测量,获得了氙在塑料闪烁体表面的吸附量。结果表明：中子活化分析法能准确测量氙在塑料闪烁体表面的吸附量,其测量结果的相对合成标准不确定度约为22%。根据不确定度的来源对提高测量精度提出了具体建议。     

同粒子成核的声空化核效应分析

本文利用2.45 MeV的快中子和5.5 MeV的α粒子作为成核粒子进行声空化核效应（NEAC）的实验研究。实验测得,超声期间的中子计数大于非超声期间的中子计数,计数差具有统计意义。并测定了实验前后的测试液氚含量,发现实验后液体中氚含量大于实验前。实验结果显示了不同粒子成核的NEAC。从载能粒子与物质相互作用的角度,用解析式估算比较两种粒子在水中的射程,阐述快中子成核与α粒子成核的特征,根据实验结果探讨两种载能粒子在NEAC中的作用。     

声核中子测量的屏蔽设计

通过测定声空化核效应实验室各测量点的中子注量率,了解实验室墙壁和地面对出射中子的散射,选定散射中子相对较弱的位置作为声核中子测量点。利用SHIELD程序模拟不同材料的中子屏蔽效果,选用4cm铁和20cm含硼石蜡组成屏蔽体,以降低中子本底。测定影屏蔽及影屏蔽结合BF₃正比计数管环绕屏蔽两种方式下的散射修正因子F_s,提出以统计显著性增量S.S.I≥3/[KF(]F_s[KF)]作为超声中子计数相对于非超声中子计数的增量ΔC是否具有统计意义的判据。     

Confirmatory experiments for nuclear emissions during acoustic cavitation

Confirmatory experiments were conducted to assess the potential for nuclear fusion related emissions of neutrons and tritium during neutron-seeded acoustic cavitation of deuterated acetone. Corresponding control experiments were conducted with normal acetone. Statistically significant (5–11S.D. increased) emissions of 2.45 MeV neutrons and tritium were measured during cavitation experiments with chilled deuterated acetone. Control experiments with normal acetone and irradiation alone did not result in tritium activity or neutron emissions. Insights from imaging studies of bubble clusters and shock trace signals relating to bubble nuclear fusion are discussed.     

Determination of sulphur and copper depth distribution in patina layers using nuclear reaction techniques

A method for Cu and S profiling in patina layers was developed by applying a combination of nuclear reaction analysis (NRA) and Rutherford backscattering spectroscopy (RBS). The copper profiling was performed by using the 1327 keV γ-ray deexciting the third excited state to the ground state of ⁶³Cu produced by the reaction ⁶³Cu(p,p^′γ)⁶³Cu. For the determination of sulphur the 2230 keV γ-ray was used deexciting the first excited state to the ground state of ³²S formed through the reaction ³²S(p,p^′γ)³²S, which exhibits three sharp resonances at projectile energies 3.094, 3.195 and 3.379 MeV. The relevant cross-sections were measured in the energy range between 3.0 and 3.7 MeV in steps of 20 keV at 125° to the incident proton beam direction. The technique was tested using artificially produced and natural copper patina layers. Supporting information on the depth distribution of the constituent elements of the patina samples was obtained by p-RBS (E_p: 1.5 MeV, θ: 160°).     

Proton simulation of displacement effects induced in metals by 14 mev neutrons

In designing a D-T fusion reactor, one must know the effect of a high flux of 14 MeV neutrons on structural materials. Available laboratory sources of 14 MeV neutrons are not intense enough to expose samples to the expected flux. Bombardment with other particles is one way of simulating the anticipated neutron environment. The energy spectrum of atoms recoiling from collisions with bombarding particles can be calculated from elastic-scattering and nonelastic-reaction data for the incident species. This analysis shows that 16 MeV protons closely simulate the displacement effects caused by 14 MeV neutrons. In niobium the average atom recoiling from a 14 MeV neutron interaction has 65 keV of damage energy. The mean damage energy deposited per cm³ of niobium by a fluence of one 14 MeV neutron per cm² is 14 keV. The equivalent quantity for 16 MeV protons incident on niobium is 33 keV.     

利用缓发中子法测量235U裂变数的实验研究

缓发中子伴随核裂变产生,通过对它的测量估算核裂变数是一需实验检验的新方法。在中国原子能科学研究院微堆辐照²³⁵U样品,采用³He正比计数器测量缓发中子,并通过缓发中子数反推得到铀样品的总裂变数。利用高纯锗γ谱仪测量被辐照样品发射的缓发γ射线,通过缓发γ射线数得到样品总裂变数。对两种测量方法得到的结果进行了对比和分析,结果表明,用缓发中子法和缓发γ法对同一样品测量的结果一致,缓发中子法可作为一种辅助诊断方法。     

0.57、1.0和1.5 MeV中子诱发235U裂变的99Mo产额绝对测量

用HPGe γ能谱法绝对测量了0.57、1.0和1.5 MeV中子诱发²³⁵U裂变产物⁹⁹Mo的产额,使用双裂变室测量了样品辐照过程中的裂变率,应用MCNP ⅣB模拟了铀样品中的中子能谱,并讨论了非主中子的各种来源对产额数据的影响。得到⁹⁹Mo在0.57、1.0和1.5 MeV的产额分别为6.61%、6.62%和6.28%。本工作与美国阿贡实验室的结果有15%以上的相对偏差,主要是由引用的衰变数据不同引起。对阿贡实验室数据进行校正后,本工作与阿贡实验室数据的相对偏差处于实验不确定度范围内。