涂硼管中子探测器机械结构的研制

发布时间：2020-09-09 09:39

　　 由于目前美、俄两国的~3He(氦-3)气体的储备量大不如前,正处于严重的供不应求状态,导致~3He(氦-3)气体价格大幅增加,已经严重影响到中国海关、边防等单位使用的放射性物质监测系统(RM系统)设备的生产。为了掌握行业核心技术并改变这种受制于人的状况,而且目前中子探测技术在其它领域也发挥着重要的作用,研究~3He管中子探测器的代替品势在必行。因而本文主要研究涂硼管中子探测器中关于机械结构方面的设计、分析工作及实验测试,来验证其作为~3He管中子探测器代替品的可行性。论文设计了涂硼管中子探测器总体结构,重点设计并分析了涂硼管中子探测器的关键零部件涂硼管的主要结构和材料。分析了涂硼管内的阳极丝丝径、阳极丝在管内的垂度及预拉力这三者之间的关系,并得到了阳极丝丝径及预拉力的最佳取值。论文设计并分析涂硼管中子探测器的另一关键部件慢化体的主要结构和材料。对比分析了聚醚醚酮(PEEK)和高密度聚乙烯(HDPE)这两种材料的机械特性及核物理特性,并用采用数值分析方法对比了不同材料制慢化体的变形量和最大应力,最终选择了含氢元素比较多的高密度聚乙烯(HDPE)作为慢化体的材料。论文还设计和分析了涂硼管中子探测器安装基板、安装吊耳、电器罩、防水防震等结构。通过源下试验、高低温试验及振动试验等工作验证了涂硼管中子探测器的可行性及结构设计的合理性。在源下性能测试试验中检测系统指示的计数率值优于~3He(氦-3)管中子探测器,证明其完全可以替代~3He管中子探测器而成为新环境下的主流中子探测器产品。经过高低温试验发现,温度的变化会对设备的中子计数率产生影响,即高温会使计数率增加；低温会使其减少,而且高温状态对设备读数率值的影响最为严重。但是各个阶段均在允许的偏差范围内,其满足设计要求。在振动试验中对比X轴、Y轴及Z轴振动的实验结果发现,当设备受到X轴(阳极丝径向方向)的振动时对读数的影响最大,中子读数比参考值有所增加,但满足读数增量的要求,故而说明涂硼管的安装形式是合理的、涂硼管的缓解振动设计起到了一定的作用。本文研究了涂硼管中子探测器中核心零部件的设计思路及设计方法,通过软件模拟和实验测试验证了设计思路及设计方法的合理性和正确性,综合判断了设备的可应用性,证明涂硼管中子探测器模块满足实际使用要求。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL816.3
【部分图文】：

缺曰日益严重，已经严重威胁到几个研究领域的发展，ＤＯＥ作为美国ｊ／托（氮－３）的逡逑主要供应者，目前只为美国资助的研巧人员提供这种气体并且对外禁售。根据目前的逡逑状况，美国某机构对未来（氮－３）的需求做出了预测，如图１－２所示。逡逑１ＤＤ‘21逦其它姞逦■逡逑无榦家逦■逡逑＾Ｈｅ邋８０，０００逦—逦科学界逦Ｈ逡逑Ｊ逦■邋■逦＊子检测领邋■逡逑ｌｌｌｌｌｌｌｌ逡逑ＦＹ０９邋ＦＹ１０邋ＦＹ１１邋ＦＹ１２邋ＦＹ１３邋ＦＹ１４邋ＦＹ１５邋ＦＹ化邋ＦＹ１７邋ＦＹ１８逡逑财政年逡逑图１－２邋２０化年ｊ化的需求逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋２０１８邋ｐｌａｎ邋ｎｅｅｄｓ邋ｏｆ逡逑１．２．２替代３化的中子探n,器的相关研究逡逑为了应对（氨－３）供求缺曰日益严重的现状，世界上诸多机构和公司开始研逡逑究能够代替ｊ／於正比计数器的中子探测器。由中子的核物理特性得知，只有少数几种逡逑元素能够与中子发生反应并产生能够被探测到的次级带电粒子，按照核反应截面大小逡逑排序的话主要有＂７仿／邋（礼－１５７）、（乱－１５５）、（福－１１３）、托（氨－３）、Ｗ公逡逑（测－１０）、６Ｚｉ邋（堘－６）和。不同物质的核反应截面与中子能量对照图如图１－３所示。逡逑对比不同物质在慢中子区域的核反应截面不难看出，（礼－１５７）和Ｗ仿Ｋ乱逡逑－１５５）的核反应截面比其它元素都要大（反应截面分别为７０，邋０００６和１７，邋０００６），其更逡逑容易与中子发生反应，但是当＂７６＾／邋（乱－１５７）或＾６如（礼－１日５）与中子发生反应后逡逑会产生大量的高能ｙ射线

２．邋２涂棚管的结构设计逡逑２．２．１涂棚管的整体结构逡逑如图２－３所示，涂棚管由上端组件、上端封口、管体、阳极丝、下端组件、下端逡逑封口及保护罩等走部分组成，上端组件由充气接头和上端绝缘头组成，下端组件由充逡逑气接头和下端绝缘头组成。涂棚管整体结构如图２－４所示，上端组件和下端组件的内逡逑部结构如图２－５及图２－６所示。逡逑１２逡逑

逑ｆ藤逡逑图２－２涂棚管中子探测器局部透视图逡逑ＦｉTB．２－２邋Ｎｅｕｔｒｏｎ邋ｄｅｔｅｄｏｒ邋ｌｏｃａｌ邋ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ逡逑２．邋２涂棚管的结构设计逡逑２．２．１涂棚管的整体结构逡逑如图２－３所示，涂棚管由上端组件、上端封口、管体、阳极丝、下端组件、下端逡逑封口及保护罩等走部分组成，上端组件由充气接头和上端绝缘头组成，下端组件由充逡逑气接头和下端绝缘头组成。涂棚管整体结构如图２－４所示，上端组件和下端组件的内逡逑部结构如图２－５及图２－６所示。逡逑１２逡逑

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本文编号：2814810