单球中子能谱仪的研制

发布时间：2020-05-31 05:33

【摘要】：中子是空间辐射的重要组成部分,空间辐射中子的能谱测量对于深入了解空间辐射环境、保障航天员的生命健康安全以及航天器的长期稳定运行具有重要意义。空间辐射环境中,除中子外还包含有大量的高能带电粒子以及γ光子等不带电粒子。~3He正比计数管等常规的中子能谱探测装置,不具备在中子-带电粒子混合辐射场内甄别中子的能力。同时,航天器舱内空间有限,空间中子能谱测量装置应具备结构紧凑、操作便捷的特点。本工作在调研国内外研究成果的基础上,设计了一套适用于空间辐射中子能谱测量的单球中子能谱仪。单球中子谱仪由多球中子谱仪改进而成,利用单慢化球多对~6Li-~7Li玻璃闪烁体的结构,实现类似多球中子谱仪的测量效果。该单球中子能谱仪通过~6Li与~7Li闪烁体的响应差异,实现了混合辐射场内中子的甄别。使用MCNP对多个闪烁体探测器布置方案、闪烁体厚度对能量响应的影响进行了研究并考察谱仪的角响应,根据计算结果最终确定了单球中子谱仪的结构以及相关材料的参数。针对多探测器供电和信号读出的需求,设计了可对各探测器工作电压进行单独调节的高压供电电路以及基于电荷分配法的信号读出与采集系统。在中国原子能研究院计量测试部的单能中子参考辐射场中对单球中子能谱仪进行了能量响应校准,并在~(241)Am-Be中子场中利用单球中子能谱仪进行了中子能谱测量实验。通过ICRP74号报告给出的注量-剂量当量转换因子得到了所测能谱对应的中子周围剂量当量率,与参考值偏差最大为2.6%。实验结果表明该单球中子能谱仪性能满足辐射防护监测要求。
【图文】：

周围剂量当量,转换因子,中子能谱

图 1.1 周围剂量当量转换因子测量可以通过以下方法实现[3]：电离室、正比计所使用的核反冲法；BF3、3He 正比计数管以及6法；测量精度较高、仪器设备相对复杂的飞行时探测器法。这些方法自 20 世纪上叶提出至今得到。然而，由于装置大小、测量条件、难以甄别带难以用于空间辐射环境测量。1960 年，T.W. Bo统，通过不同尺寸慢化球对中子慢化作用的不同探测器的计数，根据响应函数通过计算机解谱程量范围广、各向同性、灵敏度高等优点。但由于其备体积较大，用于空间中子测量时，需要对其进日本宇航探测部所研发的 BBND 多球中子谱仪比计数管包裹不同种类、尺寸的慢化体，，实现对

中子谱仪

图 1.2 BBND 中子谱仪结构多球中子谱仪的基础上，国内外提出了单球中子谱仪的概念。使用球中不同深度的多个热中子探测器，将单个慢化球划分为不同厚度实现类似多球中子谱仪不同尺寸慢化球的作用。单球中子谱仪的能多球中子谱仪的测量方法类似，将多个热中子探测器的计数输入至程序通过响应函数解谱得到中子能谱。相比于多球中子谱仪，单球体积小、重量轻、操作简便的优点，适用于狭小空间，如航天器、中子能谱测量与剂量监测。国内外研究现状球中子谱仪根据其单慢化球内热中子探测器种类的不同，可以分为置活化片、热释光剂量计(TLD)等被动式探测器的被动式单球中子化球内布置3He 正比计数管、半导体探测器、闪烁体探测器等主动动式单球中子谱仪。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL817.3

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