SiC探测器的中子和γ性能测试

第三代SiC半导体探测器具有体积小、响应时间快、中子/伽马(n/γ)甄别容易等优点,广泛应用于反应堆堆芯剂量监测.本文针对自研的第三代SiC半导体探测器,采用电子束蒸发真空镀膜的技术将中子转换层材料6LiF(6Li丰度为95%)喷镀到SiC基底上,厚度为25 μm,实现了中子转换层厚度优化.利用241Am α放射源(活度9.37×103 Bq)开展α粒子响应信号幅度的测量,并在137Cs γ放射源(活度6.23×107 Bq)环境下开展γ射线的响应测试.另外,在标准辐射场系统中进行了SiC探测器的中子注量率响应线性度测量、γ剂量率响应线性度测量以及中子注量率响应线性标定.结果表明:该探测器在1×103～1×106 cm-2·s-1中子注量率范围内线性响应拟合R² = 0.996 9,具有良好的线性响应,n/γ剂量响应范围为0.005～20 Gy∙h-1,可用于核电现场反应堆中子和γ剂量的实时、精确监测.     

基于碳化硼转换材料的SiC中子探测器研究

以SiC-α探头和中子核反应转换材料10B4C为基础的探测器,℃是实现反应堆中子通量测量的新半导体中子探测器方案,其中转换材料的关键在于确定SiC外延层及10B4C转换层厚度。使用Geant4模拟了不同厚度10B4C涂层下热中子和不同能量γ射线在SiC灵敏体积内的能谱,并对不同阈值下热中子探测效率随10B4C涂层厚度的变化关系进行模拟,确定了SiC外延层及10B4C转换层厚度值。拆卸转换层,使用60Co、137Cs、22Na放射源以及中子源,对SiC探测器进行了γ射线探测和热中子探测实验,获得了不同层厚下SiC对热中子探测的能量沉积,得到了最佳的层厚设计,确定了筛除γ信号的合理阈值,验证了方案的可行性。     

BD-PND中子气泡探测器性能的检验

依据国家有关标准和参照ISO／DIS 21909标准的规定和要求,对放置近2年的BD-PND（Bubble Detector Personal Neutron Dosimeter）中子气泡探测器的均匀性、线性、中子个人剂量当量的响应、重复性和角响应等主要技术性能进行了检验。结果表明,基本符合标准规定的要求。采用修正的响应值可以用于低水平的个人中子剂量测量。因这些探测器的寿命将近终点,应谨慎使用。     

基于碳化硅中子探测器的实验研究

碳化硅(SiC)中子探测器属于一种宽禁带半导体探测器,适合在高温强辐射环境下的测量.本文利用标准放射源建立了SiC中子探测器的实验测试系统,分别研究了SiC中子探测器在252Cf标准源及60Co标准源照射下的响应情况.通过实验测试发现,SiC中子探测器可以在低偏置电压下工作,在252Cf标准源照射下探测器的计数率与中子...     

四中子-中子探测器脉冲中子测井仪

一种应用于矿场地球物理领域中的四中子一中子探测器脉冲中子测井仪，主要解决现有的中子探测器脉冲中子测井仪一次下井只能获得两组测井数据、信息量较少的不足。其特征在于：所述脉冲中子发生器为小直径井下脉冲中子发生器，所述热中子探测器单元由4个热中子探测器构成，分别为上端近源距热中子探测器、上端远源距热中子探测器、下端近源距热中子探测器、下端远源距热中子探测器。具有一次下井可获得4组地层物质测井数据、信息量大且可减少放射性统计起伏误差、增强测井曲线的可靠性、提高仪器的测量精度的特点。     

耐高温耐辐射的碳化硅半导体探测器

在核反应堆堆芯、高能物理实验及外太空等高温高压以及强辐射环境中进行辐射监测时,探测器的耐高温和耐辐照性能备受关注。随着材料技术的发展,关于二元半导体碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)作为辐射探测器的研究已经取得良好进展。尤其是SiC晶体,因其禁带宽度大、晶体原子离位能大以及电子空穴迁移率高等特点,最有希望在将来代替Si作为耐高温耐辐照半导体探测器的材料。     

碳化硅热中子探测器的优化设计

采用MC法对用于热中子探测的碳化硅探测器开展设计。优化了中子转换层参数和半导体器件参数,研究表明采用~(10)B作为中子转换材料,其最优厚度为2μm,在系统甄别阈为300 keV时对应的探测效率理论值为3.29%。制备了碳化硅外延层厚度20μm,灵敏区面积5 mm×5 mm的碳化硅器件,在外加反向偏压达180V时,其漏电流仅20.8 nA。性能测试表明:该器件对4.7-6.0 MeV的α粒子具有极好的能量线性,其线性度达0.999 97。对5.49 MeV的α粒子的能量分辨率为1.03%,对应半高宽57.3keV,与SiC高分辨α探测器分辨率相当。     

核电厂反应堆堆芯中子与温度探测器组件研制

针对ACP1000堆型,研制了用于反应堆堆芯核测系统的堆芯中子和温度测量探测器组件。论文介绍了探测器组件的设计、性能指标和试验结果。设计的堆芯中子和温度探测器组件集成了中子自给能探测器和测温元件并固定安装在堆内。试验结果表明测量敏感元件的性能满足设计要求,外壳和密封组件能保证反应堆一回路压力边界的要求。堆芯测量探测器组件一体化的设计可提高安全性和可靠性,实现实时测量,可用于反应堆保护。     

CIAE中子气泡探测器性能改进

针对2006年研制成功的气泡探测器使用中存在的一些问题，今年我们进行了如下3方面的改进：在配方中，将单一过热液体更换为复合过热液体，使照射后产生的圆泡不会出现雪花片状；重新设计了气泡探测器容器（图1），放弃了原来螺旋口的结构模式，采用了直上直下结构，能使探测器固化体和过热液滴均匀受压；     

基于SiC探测器的裂变靶探测系统中子灵敏度标定

在高压倍加器上,采用直流法和脉冲法分别标定了²³⁵U和²³⁸U靶构成的探测系统对14.9 MeV中子的灵敏度。对脉冲法的原理、方法及结果进行了介绍,并与直流法的测量结果进行了对比。结果表明：脉冲法和直流法的结果在不确定度范围内一致。脉冲法可在一次测量中直接扣除本底,而直流法的本底测量不准确,因此脉冲法是一种更准确的方法。本文方法可为脉冲中子源裂变探测器的相关研究提供参考。     

碳化硅与硅探测器辐射探测性能比较

碳化硅(SiC)材料因其禁带宽度大、晶体原子离位能高等物理特性,而被视为制作耐高温和抗辐射器件极具潜力的宽带隙半导体材料。本文采用Geant4模拟得到了30μm厚的SiC和Si材料对不同能量的电子、质子、α粒子以及X射线的响应,并对SiC和Si探测器器件的I-V特性和能谱测量结果进行了比较。仿真及试验结果证明,SiC粒子阻挡本领及X射线探测效率与Si探测器相当,SiC与Si探测器对带电粒子的能谱分辨率也没有明显差别。     

硅半导体探测器个人剂量仪的研制

介绍个人剂量仪的工作原理,利用硅半导体光电二极管测量X、γ射线的特性和新颖的软件处理算法设计了一款个人剂量仪。在中国原子能科学研究院国防科技工业电离辐射一级计量站对仪器进行了测试,测试结果:剂量率测量范围(0.1μSv/h~1 Sv/h);剂量率固有误差:-15%~+4.7%;累积剂量固有误差:-11%~+5.7%;角响应:-19%~+4%(垂直方向),-20%~-2%(水平方向);在能量60 ke V~1.332 Me V范围内,相对137Cs的能量响应:-22%~+0.4%;实验测试结果符合国家剂量仪鉴定规程JJG1009-2006的要求。     

自给能中子探测器关键材料及元件的研制进展

本文介绍了我国在运核电机组的基本状况以及国内核电自给能中子探测器的发展形势.详细分析了自给能中子探测器的结构特点、原理和应用,以及三代核电技术堆内核测系统的需求和使用寿命.阐述了自给能中子探测器用关键材料的国内外研制进展,重点分析了钒丝、铑丝和铠装信号电缆的制备工艺难点以及性能要求,阐明了钒丝、铑丝的高纯化与微量元素控...     

两种中子源条件下补偿中子测井仪探测器设计方法

使用同位素中子源或中子发生器将直接影响补偿中子探测器的参数设计,论文主要探讨了探测器源距设计方法,通过3700中子刻度筒实验,比较了两种中子源条件下的实验结果,采用数据拟合方法,给出了将测量得到的计数率比值转换为地层孔隙度的数学模型。结果表明,可以用中子发生器代替同位素中子源实现补偿中子测井。     

微结构半导体中子探测器研制

微结构半导体中子探测器具备探测效率高、响应时间快、体积小等优点,性能相对传统平面型半导体中子探测器有本质提升。采用蒙卡方法分析了器件微结构参数对沟槽型微结构探测器的性能影响规律,并结合工艺条件制备出沟槽宽度26μm,沟槽间距13μm,沟槽深度22μm,灵敏区面积1.8×1.8 cm~2的微结构探测器。该探测器在10 V的反向偏压下,漏电流仅1.24×10~(-7)A/cm~2,优于国外研究组报道的漏电流特性。利用同位素α源开展了带电粒子探测性能测试,所制备微结构探测器可实现241Am源α粒子探测。在外加0 V偏压时,微结构探测器即可获得与电子学噪声区分明显的241Am源α粒子能谱。本工作证明了微结构探测器对带电粒子具有良好的探测性能。     

Usefulness of Single-Crystal Bismuth and Silicon for Neutron Radiography Facility

The atom ratios of Pu/U, ¹³⁴CS/¹³⁷CS and ¹⁵⁴Eu/¹³⁷CS of all the spent fuel assemblies in the full-core of JPDR-1 were calculated. These results were examined through comparison with the values measured by nondestructive γ-ray spectrometry. There were some differences between the calculated and the measured atom ratios of Pu/U and burnup. The calculated atom ratios of ¹³⁴CS/¹³⁷CS and ¹⁵⁴Eu/¹³⁷Cs were slightly less than the measured values for almost all the fuel assemblies. The most probable production amount of Pu, estimated on the basis of the calculated and the measured atom ratios and their accuracies, agreed well with the amount recovered from the reprocessed fuel assemblies.     

4H-SiC电流型探测器对~(60)Co源γ射线的响应研究

为研究4H-SiC电流型探测器对γ射线的探测性能,采用4H-SiC制成肖特基二极管,并利用60Co源形成的强γ辐射场研究其对γ射线的响应特性及其影响因素。实验结果表明,当外加反向电压为195 V时,4H-SiC探测器漏电流仅为11.4 pA/cm2,远低于Si基探测器漏电流。当4H-SiC探测器置于强γ辐射场时,由γ射线导致的信号电流为249 nA,比本底信号电流大5个量级。同时4H-SiC探测器在零偏压时也能对γ射线产生明显的信号,均值电流为85 nA。随工作电压增大,4H-SiC探测器的γ响应随之增大。结合4H-SiC探测器体积小、响应快、耐高温和耐辐照等特点,可将4H-SiC探测器用于强钴源点注量在线监测等方面。     

多核DSP在空间中子探测仪中的应用

空间任务要求电子系统在很少甚至没有维护的情况下稳定工作,但空间电子系统易受到粒子辐射的影响而导致功能紊乱。为了解决空间中子探测仪中的通用多核DSP受粒子辐射影响所导致的程序安全性下降的问题,需要对DSP进行抗辐射加固。本文将介绍中子探测仪中的多核DSP所采用的多种抗SEU软件防护措施。故障注入实验表明,这些防护方法能够有效地减少SEU导致的软件错误。     

一种中子探测器放大电路的设计与实现

介绍了一种可用于中子探测器的放大电路的设计与实验验证。该电路由前置放大器、主放大器、脉冲幅度甄别器和触发器四部分组成。该电路采集正比计数管产生的微弱信号,由两级放大器对初始信号进行放大,并由脉冲幅度甄别器进行甄别成形,触发器形成固定宽度的方波脉冲供后续单片机系统采集计数。整机探测器在天然本底、252Cf中子源及模拟信号发生器下分别进行实验测试,实验结果证明了该放大电路的可靠性以及在中子探测器中的可用性。