中子三轴谱仪输入谱模拟与优化计算

根据冷中子源及其后续中子导管的布局与参数,采用蒙特卡罗方法模拟计算了中子三轴谱仪的输入谱,获得了中子束均匀性、发散度及注量率等参数。模拟结果表明：冷源与导管人口间距离L不宜小于0.1m,在距离为0.5m时导管出口处注量率达到最大3.96×10^8cm^-2s^-1。;中子注量率及发散度均随导管超镜因子m增大而增大,m值由1.5增大到3后,其水平方向的发散度几乎不变,垂直方向最大发散度增大约87.7％,注量率增大25％;垂直方向和水平方向的发散均可以用高斯分布来描述,但水平方向的发散伴有离散峰;在m为1.5,L为2m情况下,束流水平和垂直方向的最大发散度分别为0.85°和0.81°,中子注量率为2.86×10^8cm^-2s^-1;得到了针对三轴谱仪的导管优化参数。     

中子三轴谱仪部件模拟与优化计算

根据三轴谱仪的安装位置及后续结构,利用蒙特卡罗方法模拟计算了中子三轴谱仪样品处的中子谱,获得了中子均匀性、注量率等参数。模拟结果表明:采用双聚焦单色器的中子注量率是采用平板单色器中子注量率的1.54倍,但中子分布均匀性变差,垂直发散度增大到约4°;聚焦单色器的聚焦长度对中子均匀性无影响,但聚焦长度越长其垂直发散度越小;入射单色中子波长λ0.4nm时,用热解石墨做过滤器比较合适,而当λ≥0.4nm时,用铍做过滤器更合适一些。     

中子三轴谱仪分辨函数的模拟计算

阐述了中子三轴谱仪的工作原理,利用MCSTAS程序模拟计算了分辨函数,分别计算了在弹性散射下能量分辨率、钒样品散射实验的转移能量的扫描和不同转移能量下的分辨函数形态。分析了实验中测量位置的选取与分辨椭圆状态的关系。结果表明,模拟计算能快速地计算出分辨函数形态。     

冷中子三轴谱仪的整体配置和主要部件的参数设计

从冷中子导管系统的实际情况出发,以程序模拟为主要手段,通过计算和分析得到最重要的设计参数：可用中子波长范围、样品处束流强度和能量分辨率。在这些参数的基础上,结合实际给出了谱仪的整体配置以及主要部件的部分参数,如能量和动量转移范围、单色器和分析器的起飞角范围和嵌镶角、样品台散射角、准直器的准直度及本底和剂量要求等。     

冷中子非弹性散射谱仪能量分辨率的模拟研究

能量分辨率是中子散射谱仪设计中需重点模拟计算的一项指标。本文阐述了基于反应堆中子源的两种冷中子非弹性散射谱仪——三轴谱仪和广谱谱仪的基本测量原理,利用MCSTAS软件分别建立两种谱仪的中子束追踪模型,完成了不同中子入射能量和出射能量下的谱仪整体能量分辨率的定量模拟计算。通过对比发现,广谱谱仪由于其测量原理即特殊的变异散射平面的限制,较三轴谱仪具有低的能量分辨率,但这种特殊的变异散射平面的中子散射轨迹却可优化广谱谱仪的分析器和探测器空间布局。通过分析模拟计算结果给出了适用于提高广谱谱仪能量分辨率的中子准直器类型。     

中子小角散射谱仪Q分辨率计算和对形状因子影响分析

介绍了中子小角散射谱仪分辨率函数及其相关的Q标准差计算方法,分析了Q标准差有关谱仪的几何布局、中子的波长弥散对其的影响.介绍了一维Q分辨高斯函数计算方法.结合两个具体谱仪布局和一个理想实心球体的形状因子曲线,卷积得到了不同谱仪布局下形状因子的弥散曲线,对精确分析中子小角散射数据,应结合使用谱仪分辨率函数.     

中国先进研究堆中子织构谱仪的分辨率和极图窗研究

为计算中国先进研究堆（CARR）中子织构谱仪的分辨率和极图窗,基于倒空间衍射几何的误差分析推导了谱仪分辨率和极图窗的计算公式,并将其应用于CARR中子织构谱仪。结果表明,极图窗近似为狭窄的长方形,其沿β方向的分辨率较高,沿α方向的分辨率随衍射角变化较大。对于特定的衍射角,³He管点探测器的α分辨率为固定值,而二维位置灵敏探测器的α分辨率可根据样品和织构分布的测量需要沿纵向进行分份调整。     

二轴中子粉末衍射谱仪探测系统改进

通过将探测器的数目由1个增加到4个、用水平发散角为20′的Soller准直器取代30′的单缝准直器，对中国原子能科学研究院重水研究堆旁的二轴中子粉末衍射谱仪进行了改进。铁粉的衍射实验结果表明：改进后的谱仪在同等中子计数强度条件下，计数速率提高了2．3倍，因而缩短了测量时间，同时也提高了谱仪的分辨率。     

正电子寿命谱仪的最佳分辨率

能窗的选择对正电子寿命谱仪的分辨率有决定性的影响。本文描述了一种获得谱仪最佳分辨率的方法。将正电子寿命谱仪的可工作能区分成42个小块。测量每小块能区的分辨率(FWHM)、计数率和峰位“走动”。从中选出分辨率小、计数率高和“走动”小的好能区。能窗是由若干个最佳小能区组成。谱仪分辨率的理论计算值和实验测量值符合得很好。     

中子衍射应力谱仪的模拟计算

中子衍射法是迄今为止可直接测量材料或工程部件内部深处应力场分布的唯一非破坏性方法,在工程上具有重要的应用。论文用McStas软件模拟计算了应力谱仪样品台处的注量率,同时理论计算了谱仪的分辨率,并且分析了第二准直器对样品台处中子注量率和谱仪分辨率的影响,结果表明谱仪的第二准直器对中子注量率影响很大,样品处衍射角小于120°时,谱仪分辨率良好。     

半导体夹心谱仪测量裂变中子能谱的不确定度

本文通过对中子能谱的不确定度的阐释,明确提出了中子能谱的不确定度应理解为能区份额或某一能量范围内中子注量(率)的不确定度。以6 Li夹心半导体中子谱仪测量CFBR-Ⅱ堆泄漏中子谱为例,对3个典型能区的中子注量率谱的不确定度进行了分析。当全谱中子注量率为3.00×107 cm-2·s-1时,0~20keV能区内的中子注量率为5.70+2.38-0.33×105 cm-2·s-1(不确定度中的包含因子k=1),0.59~0.61MeV能区内的中子注量率为(4.32±0.87)×105 cm-2·s-1(k=1),4.99~5.01MeV能区内的中子注量率为0.094+0.028-0.022×105 cm-2·s-1(k=1)。     

用于硼中子俘获疗法治疗束的光子谱仪设计

实验确认治疗束的谱源项参数是硼中子俘获治疗（BNCT）物理剂量学研究的重要环节之一,全面细致地掌握相关信息,对精准制定临床治疗计划进而准确评估患者的给予剂量十分重要。为验证理论计算源项光子能谱的可靠性,设计适用于BNCT治疗束特点（宽能量范围、高强度n/γ混合束）的新型光子谱仪。通过蒙特卡罗模拟方法优化探测器内的中子注量率、光子计数率及次级光子占比（次级光子计数率/初级光子计数率）三个重要参数,在降低辐射强度以避免探测器的辐射损伤和死时间过大的同时,尽可能抑制中子诱导次级光子的产生,将次级光子占比降至5.45,以实现BNCT治疗束光子谱的快速准确测量。同时,开展谱仪对不同能量光子响应的校准方法研究,以便得到准确的响应函数,为光子谱的解谱工作奠定基础。     

利用BF_3多柱谱仪测量临界装置中子能谱

研发了一种中子能谱测量装置——BF_3多柱谱仪。对BF_3多柱谱仪的工作原理、结构与性能,以及该探测系统的使用方法进行研究,并分析其可满足的实验要求。应用BF_3多柱谱仪在临界装置上进行了中子能谱测量的实验,将实验测量结果与MCNP程序的理论计算结果进行了比较,两者符合较好,验证了该中子探测系统的性能。该BF_3多柱谱仪可适用于低中子通量密度能谱测量、屏蔽实验、环境监督测量、实验大厅内部及周围环境中子场测量等多种工况。     

用于快中子能谱测量的6LiF夹心半导体谱仪

本文介绍了^{6LiF夹心谱仪的测量原理、自行设计研制的6LiF夹心半导体谱仪探头结构及电子学系统组成等。在热中子场中测试了夹心谱仪的性能,获得了α粒子峰、T粒子峰及“和”峰在多道上的位置与能量分辨率,并用T粒子与“和”峰两个能量点的峰位对谱仪系统进行了能量刻度。分别用效应探头和本底探头测量了临界装置表面的效应谱和本底谱,当效应探头采用的6LiF镀层质量厚度为186 μg/cm2时,6LiF夹心谱仪对热中子的能量分辨率为363 keV,测量中子最佳能区为0.3~7.5 MeV,在该能区内,本底谱约占1%。}     

用于中子谱仪密闭型气体探测器的密闭腔研制

为避免高压气瓶带来的人身安全问题、不便携问题和污染工作气体排放问题,气体探测器已由流气型转化为密闭型。密闭型气体探测器可拓展气体探测器的应用范围,提高气体探测器竞争力,其缺点是腔内杂质气体会累积,影响探测器的性能（增益、分辨率和效率）和出现高压打火。本文采用螺旋弹簧密封实现密闭腔的动态高真空密封,采用铝和不锈钢复合板过渡实现铝和不锈钢焊接,采用高温烘烤、真空泵组抽高真空等方法实现密闭腔体净化,尤其是将铝表面微弧氧化技术用于真空腔体的净化。密闭腔微弧氧化后的杂质气体生成率相比未氧化的降低12.1%,杂质气体中氢气含量降低36%,水蒸气、一氧化碳和二氧化碳含量几乎下降1个数量级。腔体1 a内产生的杂质气体含量为0.006%,2个月内产生的水分含量为0.000 5%,可保证探测器2个月内不发生高压打火。研制出的密闭腔体满足中子谱仪密闭型气体探测器物理要求。     

用遗传算法求解中子能谱

由多球中子谱仪的响应矩阵和测量结果得到中子能谱属于少道解谱问题,存在多种可能解,因此,解谱过程是在解空间中寻找问题的最优解。遗传算法作为优化算法的一种,在求解这类问题上具有很大优势,通过基因操作,遗传算法可获得问题的全局最优解。本文根据中子能谱求解问题的特点,提出了一种新的适应度函数,它由1个距离项和1个惩罚项组成,距离项用于保证计算结果能够再现测量结果,惩罚项用于保证解的连续性,避免求解结果数据的剧烈变化。选择了5种具有代表性的能谱作为真实能谱,并将其与响应函数相乘后的结果作为模拟测量结果,用遗传算法求解的结果与真值符合较好,且能很好地再现模拟测量结果,表明了采用这种适应度函数的遗传算法在求解中子能谱中的可行性。