用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

为测量中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source, CSNS）反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于¹⁰B(n, α)⁷Li和⁶Li(n, t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF₄、P10、90%Ar-10%CO₂三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF4作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF₄时,电离室对²³⁹Pu/²⁴¹Am/²⁴⁴Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。     

高压气体电离室中离子漂移速度的实验测量

提出了一种在高气压下电离室离子漂移速度的测量方法,进行了理论分析,搭建了实验测量系统。利用DDC112电流积分放大器对充有4MPa氙气的高压气体电离室输出电流脉冲信号分别进行等间隔积分时间和步进积分时间采集测量,根据理论分析对测量数据分别进行二次和三次曲线拟合。通过拟合曲线系数间的比例关系计算出离子漂移时间,根据电离室结构和工作条件计算出4MPa氙气中氙离子迁移率为0.0181~0.0196cm²•V^－1•s^－1,并外推计算出0.1MPa氙气中氙离子迁移率为0.72~0.78cm²•V^－1•s^－1,与文献资料中的测量结果一致。     

放射性氩气中一氧化碳和甲烷的分析

以1∶1模拟了正在建造的中国实验快堆的气体回路,建立了一个放射性氩气取样系统以及氩气中杂质CO和CH₄的间断性在线分析方法。通过热导检测器使出口气体可以排放入通风系统,避免了使用氢火焰离子化检测器以后,放射性氩气扩散排放到气体分析实验室产生工作环境的放射性污染问题。分析下限（φ）为5×10^-6,精密度好于3%,与标准值相差±5%。方法能满足中国实验快堆规定的氩气中杂质CO和CH₄的分析要求。     

HT-7装置上充气对低杂波耦合影响的实验及分析

在低杂波（LHW）天线端口充D₂和CD₄,发现LHW的耦合效果能得到明显改善,充气后LHW的反射系数基本降为6%左右。不同窗口充气对波的耦合和等离子体密度的影响不同,其原因是改善耦合的关键是提高刮削层（SOL）内等离子体的密度。D₂与CH₄对LHW耦合影响的实验结果表明：D₂对LHW的耦合效果影响略好于CH₄,但D₂对等离子体密度的影响明显高于CH₄,原因是D₂对电子密度的贡献更大。     

电子束辐照聚二甲基硅烷的结构分析

在室温、真空条件下,利用加速器产生的高能电子束辐照聚二甲基硅烷（PDMS）试样,研究吸收剂量对其结构的影响。通过气相色谱质谱联用分析可知,辐照过程中产生了少量H₂和CH₄,且H₂的产率高于CH₄。FT-IR、激光拉曼光谱以及XRD分析结果表明,经超高剂量（MGy级）辐照后,聚二甲基硅烷的化学结构未发生明显变化,其晶态结构也未遭破坏。这些结果说明,PDMS具有异乎寻常的耐辐射性能,这可能归因于其主链上规整Si—Si键的σ电子离域运动所形成的σ共轭体系的特殊结构。     

低气压高分辨裂变电离室研制

为开展裂变独立产额测量,研制了一个带有Si_3N_4入射窗的低气压、纵向型屏栅电离室。通过Garfield++程序模拟计算气体的性质参数,确定了电离室的工作气体为异丁烷,最佳约化场强为3-6 V/(133 cm·Pa)。通过Geant4程序计算得到裂变碎片的射程与工作气压的关系,确定了该电离室的工作气压为35 Torr(1Torr=133.329 Pa)。用自转移~(252)Cf裂变源对电离室进行测试,得到自发裂变碎片的脉冲幅度谱,峰谷比为2.7,能量分辨率好于1%,满足裂变碎片测量的要求。     

适用于研究低能裂变碎片电荷分布的探测器装置

为研究²⁵²Cf自发裂变碎片电荷分布，建立了由屏栅电离室和ΔE-E粒子望远镜构成的探测器系统。在该系统中，将薄的屏栅电离室作为碎片的ΔE探测器，E探测器是金硅面垒半导体探测器。通过分析实验测量的4参数关联数据，得到了²⁵²Cf自发裂变碎片质量数、动能及碎片在气体ΔE探测器中的能量沉积分布等物理量。用多高斯（multi-Gaussian）分布函数对ΔE探测器的能量响应函数进行最小二乘法拟合，得到了在固定质量数A^*_L和动能条件下轻碎片的电荷分布。结果表明：该探测器系统的电荷分辨能力Z/ΔZ约为40∶1；建立起来的测量技术可用于测定²³⁵U(n,f)和²³⁹Pu(n,f)反应碎片的电荷分布。     

电离室氚活度浓度标定及稳定性测量

电离室测氚在氚工厂、核聚变实验堆、环境监测以及各种涉氚实验装置中得到了广泛的应用。通过PVT法配制一定氚活度浓度的含氚气体,利用自主研制的流气式丝壁电离室实验系统,进行电离室氚标定实验,通过正交实验验证影响因素,从而完成对电离室的刻度。结果表明,该类电离室测量稳定性优异,相对偏差均小于1%,压力影响线性相关性均约为1,记忆效应影响较小。电离室IC1、IC2、IC3刻度系数分别为1.35×10¹⁸、1.34×10¹⁸、1.33×10¹⁸。该电离室实验系统能够长期并在线实时准确测量氚,能很好地满足涉氚场所氚在线测量的要求。     

不同参数对GDP薄膜的结构与力学性能的影响

采用辉光放电等离子体聚合技术,在不同制备参数条件下,制备了辉光放电聚合物（GDP）薄膜。利用傅里叶变换红外吸收光谱对GDP薄膜的化学结构组成进行了分析,采用纳米压痕技术对GDP薄膜的硬度及杨氏模量进行了表征,探讨了GDP薄膜的化学结构组成、硬度及杨氏模量随制备参数的变化规律。研究表明：随着工作气压和反式二丁烯与氢气（T₂B/H₂）流量比逐渐降低,GDP薄膜中SP³（CH₃）基团随之降低,SP²（CH₂）基团含量和SP³（CH_1,2）随之增加;GDP薄膜的硬度与杨氏模量随着工作气压、T₂B/H₂流量比的降低而逐渐增大。     

无场笼电离室电子漂移时间研究

使用无场笼电离室是低本底实验中氡含量在线监测的一种实验方案。利用北京正负电子对撞机(BEPC)上E3束流线的强子p/π束流,对无场笼电离室样机进行了测试。实验结果表明,样机边缘处电场是中心区域的三倍以上,此时测量得到原初电离电子漂移8 cm所需时间在电场均匀性较好的区域内为(1.13±0.44)μs,在电离室全部区域内是(1.99±1.13)μs。因此,当采用无场笼电离室方案时,需充分考虑信号上升时间,以提高信号探测效率。     

Measurement of specific energy losses of individual fission fragments with a back-to-back δE−E detector system

The specific ionization of fission fragments of specified charge and $\text{E}\text{M}$ values in thermal neutron induced fission of ²³⁵U have been measured employing a back-to-back gridded ionization chamber ΔE-semiconductor detector E setup. The measurements were carried out for the case of a mixture of argon (95%) and methane (5%) gases at two gas pressures, 44 Torr and 270 Torr. The experimental data for the lower gas pressure were used to determine the effective charge parameter γ for the fragments at various velocities. These γ-values have been used to compute the fragment energy losses at the higher gas pressure and are compared with the measured energy loss values.     

用于快中子引起带电粒子核反应研究的屏栅电离室及双参数测量系统

本文主要介绍和描写了用于快中子引起的发射带电粒子核反应研究的具有共阴极的两个背靠背的双重屏栅电离室。用双参数数据获取系统可同时得到阳极和阴极的关联信号。由此可以研究由贴在阴极上的靶物质发射的带电粒子的能量和角分布，实验上用Ｐｕα放射源来检验屏栅电离室的基本性能，由双参数数据获取系统得到其双维谱，经数据处理之后，其角分布基本上呈现各向同性分布，对Ｐｕα放射源的能量（Ｅ＝５．４９９ＭｅＶ），其能量分辨串为～２％，此电离室已用于（４０）￣Ｃａ（ｎ，α）和￣（６４）Ｚｎ（ｎ，α）等核反应研究工作。     

离线产氚实验中氚在线监测系统的研制

在增殖剂离线产氚实验中,如何准确实时测量回路中氚浓度和形态（HTO/HT）对于掌握产氚增殖剂氚释放行为,改进增殖剂的产氚性能非常重要。针对离线产氚回路中载气流量小、回路中气体量小以及载气为Ar等特点,基于流气式电离室原理研制了一套数字化氚浓度在线测量系统。该系统中电离室灵敏体积为50 mL,数字化仪表可自控获取、处理及显示回路中的氚浓度。测试结果表明,在Ar气氛下,在35 V左右,电离室即进入饱和区;该系统探测下限可达3.7×10 7 Bq/m 3,能满足离线产氚实验中氚在线监测的要求。     

钠冷快堆乏燃料组件自然循环冷却瞬态过程的数值模拟研究

应用Fluent程序,对处于氩气中的钠冷快堆乏燃料组件自然循环冷却瞬态过程进行了三维数值模拟。计算获得了乏燃料组件内部冷却剂通道和外部区域的热工水力学现象及变化规律。结果表明:利用标记区域分割方法,将燃料棒间隙网格划分为绕丝网格和绕丝周边流体域网格,能在棒束区生成高质量结构化网格;在氩气自然循环冷却瞬态过程中,棒束区内子通道氩气流量增加速度落后于边子通道,内子通道升温更快;乏燃料组件棒束区温度在轴向呈现中心高、边缘低的分布特征;为避免包壳温度超过设计值,乏燃料组件处于氩气中的时间不宜超过6min。     

球型高压电离室壁厚对光子能量响应的蒙特卡罗优化设计

采用EGS5蒙特卡罗程序模拟计算了一种球型高压电离室的室壁厚度。计算给出了多种不同室壁厚度下,单位光子注量沉积在球型高压电离室氩气中的能量;分析归纳出用于计算球型高压电离室对特定范围内室壁厚度和光子能量的响应因子的公式;依据国家相关检定规范和归纳公式,给出了球型高压电离室的最佳室壁厚度。     

Effect of methane content and the oscillating electric field between electrodes on atmospheric Ar/methane plasma jet and DLC coating deposition

In this work, the effects of the methane gas flow and the internal oscillating electric field between electrodes on radio-frequency(RF) atmospheric pressure argon/methane plasma jet and process of diamond-like carbon(DLC) film deposition have been investigated. Properties of RF atmospheric Ar/methane plasma jet such as active species density, length, electron temperature,appearance and ionization process of argon/methane plasma jet are changed due to the changing of methane flow content and electric field vector and its gradient. With increasing methane flow,the formation of C2 hydrocarbon and CH band content is decreased because injected electrical energy to a mixture of Ar/methane gases is insufficient to stabilize the ionization process of methane gas and the electrical-chemical reaction rate is decreased. With shortening the gas gap between two electrodes, electric field strength and its gradient are increased leading to more energy injection to the electron. Electrical-chemical reactions are strengthened leading to increasing the CH band content. These phenomena introduce the Ar/methane plasma jet in different modes causing to deposit the DLC film with different structures and properties. With using quartz glass and alumina ceramic as dielectric barriers tubes, RF atmospheric pressure Ar/methane plasma jet has been used to deposit DLC coating in different modes. Increasing methane content and shortening the gas gap leads to decreasing sp3 bonded content and the quality of the deposited film.     

电离法校准低能质子剂量技术

本工作建立1套电离室绝对剂量测量系统，对自制石墨电离室性能进行研究，实验结果表明自制电离室系统满足标准电离室的要求。设计了1套基于同向测量的透射电离室，用于在线监测束流变化，为剂量测量的准确性提供了依据，解决了替代法校准时束流波动对测量结果造成较大不确定度的问题。对已建立的电离室测量低能质子吸收剂量绝对测量系统进行不确定度评估，合成标准不确定度约4%。最后，以自行研制的质子剂量测量系统（电离室系统、透射电离室系统）在HI-13串列加速器上开展了对丙氨酸剂量计校准技术的研究，获得了不同能量质子辐照下的RE值。     

4π(PPC)X-γ数字符合法测量88Y活度

本文介绍了采用4π(PPC)X-γ数字符合测量装置绝对测量⁸⁸Y放射性活度的方法。为提高对X射线的探测效率,实验采用高气压正比计数器,测量比较了甲烷和氩甲烷作为其工作气体的坪曲线,后者具有探测效率高、起始坪电压低的优势,因此采用氩甲烷为工作气体。采集原始谱数据后,选择不同的感兴趣γ窗进行离线数字符合计算,并分析了效率外推的结果和测量的不确定度。     

Measurements of the W values in argon,nitrogen, and methane for 0.93 to 5.3 MeV alpha particles

The W values in argon, nitrogen and methane have been measured for alpha particles with energies from 0.93 MeV to 5.3 MeV by gridded ionization chambers. The energies of alpha particles emitted from ²¹⁰Po (5.3 MeV) were reduced by passage through Al foils and Mylar films of various thicknesses. The mean energies of these “reduced” alpha particles were determined using a silicon detector calibrated with five natural alpha sources. The W values for the gases and energies studied are obtained by assuming a W value of 26.31 eV in pure argon for 5.3 MeV alpha particles. The W value in argon is found to be slightly dependent on the energy of alpha particles. In nitrogen and methane, the W values for an alpha energy of 0.93 MeV are about 5 and 8% larger, respectively, than for an alpha energy of 5.3 MeV.