主动法探测贫化铀的实验研究

用有源（主动）的方法研究了贫化铀及其组合系统的中子诱发裂变缓发中子的探测技术。在不同质量和不同屏蔽体条件下测量和比较了贫化铀系统的裂变缓发中子随时间的分布,进一步分析了有源探测的入侵性和可核查性。探讨了采用缓发中子区分核与非核、贫化铀和浓缩铀系统的方法。     

MC法模拟不同中子源激励铀材料中子和γ飞行时间谱

为探索中子源激励探测铀材料应用技术,基于Geant4平台建立了中子源激励铀材料模拟中子和γ飞行时间谱的数学模型,模拟计算了利用不同中子源激励铀材料、使用不同探测器计数的中子和γ飞行时间谱,结果与已有相应实验谱特征相符。模拟结果表明:D-D和~(252)Cf源激励得到的中子和γ飞行时间谱有明显差异;在相同激励源和测量几何条件下,使用液体闪烁体探测器和塑料闪烁体探测器记录到的中子和γ飞行时间谱基本相同。本文结果可为外中子源激励探测铀材料技术研究提供参考。     

瞬发γ射线中子活化分析及其应用

热中子与物质产生辐射俘获反应时,发出瞬发γ射线,用高分辨率锗半导体探测器测量瞬发γ能谱,进行能量和强度分析,从而达到识别元素及确定含量的目的,此即瞬发γ射线中子活化分析,简称PGNAA。由于~(252)Cf中子源和锗探测器的发展,PGNAA作为堆中子活化分析     

铀材料诱发裂变缓发γ能谱的数值计算

推导了裂变产物质量链上各个核素不同时刻数目的计算通式,计算了包装箱中铀材料在D-T中子源连续辐照后裂变产物的缓发γ能谱,得到了优化的辐照时间和测量时间,使用MC方法计算处于包装箱外的点探测器缓发γ计数和自发辐射γ计数。计算结果可用于铀材料的无损探测识别和核材料裂变数据测量等工作。     

~(252)Cf中子源辐照钚部件安全性评估

在分析~(252)Cf中子源辐照钚部件产热机理基础上,应用MC法计算了钚部件裂变热功率以及~(252)Cf源γ射线能量沉积热功率;建立理论模型,计算了钚部件冷却过程中衰变热。相比自发衰变热功率,典型中子源强照射下钚部件的热效应并不严重。利用缓发γ能谱近似模型,计算了拟人体外照射剂量。与国际放射防护委员会(ICRP)建议值相比,典型中子源强照射下操作人员接受的辐射剂量在安全范围内。     

主动法缓发中子探测金属铀的~(235)U丰度

主动法缓发中子监测U材料被认为是核查技术的有效手段之一.本文建立了特定的模型,以数值模拟D-T中子诱发相同质量、不同~(235)U丰度的金属铀裂变产生的出壳缓发中子及BF_3探测器所能产生的响应,验证了特定情形下主动法D-T中子源诱发金属铀裂变,测量其缓发中子反演~(235)U丰度的可行性.     

球形浓缩铀装置的中子价值和裂变率分布测量

为得到Rossi-α测量临界装置的瞬发中子衰减常数的空间修正因子，利用²⁵²Cf中子源测量带贫化铀反射层的球形浓缩铀临界装置(CFBR-Ⅱ)的中子价值空间分布，同时用浓缩铀裂变电离室测量该装置的裂变率空间分布，得到该装置的空间修正因子为1.096。     

主动法探测炸药的实验研究

阐述了采用主动法探测炸药的原理,综合分析屏蔽体、自然界本底和反应截面对炸药中^1H、^12C、^16O和^14N核素的测量影响.并利用^252Cf中子源辐照模拟炸药半球,采用高纯锗γ探测器探测了由中子与^1H、^12C、^16O和14N核素发生（n,γ）俘获反应产生的γ射线.通过实验研究了主动法探测炸药的可行性,分析了探测^1H、^12C、^16O和^14N四种核素的瞬发γ射线的优缺点.     

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。     

主动法探测炸药成分的实验研究

阐述了采用主动法探测炸药的原理,分析了屏蔽体、自然界本底和反应截面对炸药中1H,12C,16O和14N核素的测量影响。并利用252Cf中子源辐照模拟炸药半球,采用高纯锗γ探测器探测由中子与1H,12C,16O和14N核素发生(n,γ)俘获反应产生的射线。利用MC-NP对炸药中产生γ射线的概率进行了计算,并采用相对效率法进行了实验结果的分析。实验结果表明:主动法探测炸药成分(1H和14N)是可行的。     

重屏蔽条件下铀材料丰度的时间关联测量分析

针对高原子序数物质屏蔽下的铀材料,提出了一种新的技术方法来估算其铀丰度。首先,用D-T中子发生器的14 MeV中子对铀材料及屏蔽层进行主动质询,同时利用裂变射线探测器得到裂变中子/γ射线时间关联测量谱。然后,利用成像探测器建立的断层扫描图像得到铀材料及屏蔽层的几何和材料参数,并调用不同的铀丰度参数进行蒙特卡罗模拟计算,得到时间关联计算谱。最后,寻找与测量谱最匹配的模拟谱,确定铀材料的实际铀丰度。通过对比裂变射线探测器实验测量得到的所有裂变中子/γ射线时间关联谱,结果发现在各种屏蔽层状态下,高浓铀材料与贫化铀材料的时间关联谱均存在显著差异,可用时间关联谱作为区分不同铀材料丰度的重要技术特征;对于相同铀丰度和屏蔽状态下的铀材料,模拟谱与测量谱吻合较好,表明时间关联谱的模拟与实验分析可为铀材料铀丰度的估算提供技术基础。     

小型中子源14MeV中子慢化体结构的研究（Ⅱ）

对天然铀和聚乙烯的各种组合进行了计算，结果可见：用２—２．５ｃｍ厚的天然铀紧包１４ＭｅＶ中子源，在离源面２—３ｃｍ范围内使用热中子为最佳，用浓缩铀作增强物，只有当离源一定距离放置时，才能比天然铀有较好的效果。讨论了在由高浓缩铀和聚乙烯组成的、几何尺寸与上面计算相同的次临界系统中使用天然铀或铅增强物对１４ＭｅＶ中子源的倍增情况，得出天然铀和铅在该次临界系统中仍有明显的增强作用；在合适的结构中，设ｋ为该次临界系统中的有效增殖因数，则可使增强因子Ｍ接近甚至大于（１－ｋ）－１。     

用散射中子测量管道油垢厚度的实验与模拟

由~(241)Am-Be中子源、锂玻璃探测器和微机多道谱仪等组成的实验装置,测量了不同石蜡(模拟油垢)厚度的散射中子计数.同时用蒙特卡罗模拟,分别对~(241)Am-Be中子源、~(252)Cf中子源和14MeV中子源,计算得到了相似几何条件下,对应于不同石蜡(模拟油垢)厚度的散射中子计数.在模拟计算中,考虑了锂玻璃探测器的探测效率.对实验和模拟计算的结果进行了比较和讨论.     

主动法中子时间关联符合测量探测金属铀质量和丰度

主动法中子时间关联符合测量是金属铀核查认证技术的重要手段之一。本文通过数值模拟分析了窄束²⁵²Cf中子源诱发不同质量、不同丰度的金属铀材料的中子输运过程,并获得了其时间关联符合计数。通过分析时间关联符合计数特征参数,验证了时间关联符合计数的FWTH与增殖系数、FWTH内的总计数与增殖系数和²³⁵U质量的乘积及外中子源衰减与金属铀总质量的正比关系,由此建立了金属铀质量和丰度的主动中子时间关联符合测量探测方法。     

3 MeV中子诱发裂变测定铀同位素丰度

铀同位素丰度分析是核燃料循环中重要的分析项目。本工作研究了以D(d,n)³He反应产生的能量约为3 MeV的中子为源诱发裂变测定铀同位素丰度,并与以T(d,n)⁴He反应产生的14 MeV快中子为源的方法进行了比较,结果表明两种方法分析结果基本一致。     

铀部件质量属性测量中的信噪比初步分析

利用蒙特卡罗程序对252Cf快电离室诱发不同质量金属铀部件的中子输运过程进行了模拟,获得屏蔽与直穿两种实验布局条件下252Cf快电离室与探测器之间的中子时间关联符合计数,初步评估测量过程中的信噪比,作为实验前端布局的重要依据。结果表明,两种布局下的信噪比均与铀部件质量成正比,直穿布局下的信噪比较高。     

金属铀部件~(235)U富集度中子时间关联符合测量实验优化分析

金属铀部件235 U富集度中子时间关联符合测量实验采用252 Cf源驱动噪声分析法来获得金属铀部件的标签参数——源与探测器间的中子时间关联符合计数,用于相同几何、不同富集度的金属铀部件间的识别。本文对该实验进行了蒙特卡罗数值模拟,模拟计算结果表明,直穿布局下泄漏中子不能得到利用,且探测中子能量区间的选择会影响测量效果。根据实验布局和探测中子能量区间,对实验进行添加含氢反射层布置优化,方案优化后的实验模拟计算和测量结果均表明,优化实验方案提高了该测量方法对相同几何、不同富集度金属铀部件的识别能力。     

基于E3P神经网络的相同几何形状等质量铀部件235U丰度判定

针对相同几何形状、等质量、不同丰度的金属铀部件,采用252Cf源驱动噪声分析法来获得中子时间关联计数。通过对中子时间关联计数的分析、处理,确定特征参数。采用BP神经网络方法通过一定数量的训练后,对未知丰度的金属铀部件进行判定。结果显示,采用BP神经网络方法可以对金属铀部件的丰度进行有效地判定。该方法可应用于金属铀部件身份认证工作。      

铀镀层定量研究

在中子物理实验研究中,铀镀层质量厚度的测量直接影响实验结果的不确定度,所以需准确地定量实验中所用转换靶(浓缩铀镀片和贫化铀镀片)铀镀层的质量厚度。为了准确定量铀镀层的质量厚度,设计建立了背对背电离室、小立体角定量装置及大面积金硅面垒半导体探测器三种定量系统。采用这三种定量方式对铀镀层进行准确定量,并对定量结果进行了不确定度分析,定量结果满足了实验要求。由于铀镀层的不均匀对定量的结果有一定的影响,为了评估铀镀层不均匀所带来的影响,对铀镀层进行了均匀性检测,结果表明实验中所用铀镀层均匀性很好。