测量几何条件对外中子源激励铀产生的中子和γ飞行时间谱的影响分析

发布时间：2021-09-18 12:35

　　为确定主动法外中子源激励铀材料时中子、γ飞行时间谱的实验测量条件,基于Geant4数值模拟平台建立了D-D外中子源激励铀材料后中子、γ飞行时间谱的计算模型,计算了探测器表面距铀材料中心不同距离下的中子、γ飞行时间透射谱及飞行时间关联符合谱,分析讨论了D-D外中子源激励铀材料时,探测距离、探测时间及探测器角度等因素对中子、γ飞行时间谱的影响。模拟结果表明,实验中样品与中子源之间的距离应小于10 cm,用于记录中子、γ飞行时间透射谱的探测器表面与铀样品几何中心间的距离应控制在80 cm左右,用于探测中子、γ飞行时间关联符合谱的探测器表面与铀样品几何中心间的距离应控制在30 cm左右,且探测器应置于与束流方向成53°夹角的方向上。 

【文章来源】：现代应用物理. 2020,11(01)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

计算模型示意图

R1为30 cm时,模拟计算得到的中子、γ飞行时间关联符合谱如图3所示。当入射到铀样品上的中子达到1×109个时,可得到符合中子计数为1 992。如果考虑探测器的探测阈值,则可探测到的符合中子计数还将更低。假设铀样品与中子源之间的距离为10 cm,则铀样品处的中子注量率约为105 cm-2·s-1,考虑探测阈值影响时,需要测量3 h,符合中子计数仅约900。若要获得具有较好统计精度的能谱,则需要测量约30 h。因此,铀样品与中子源之间的距离应小于10 cm。当R1为30 cm时,测量30 h获得的符合中子计数约为9 000,可满足统计精度要求;如果R1由原来的30 cm增加为50 cm,则单个中子探测器对样品所张的立体角减小为原来的1/2.8, 两个探测器的符合则会使立体角减小为原来的1/7.7。此时,测量30 h,获得的符合中子计数将只有约1 000,无法满足统计精度要求。因此,探测器D2,D3表面距离铀样品几何中心的距离应控制在30 cm左右。当R0为80 cm,入射到样品上的中子为1×109个时,测量30 h可以获得的中子、γ计数为105 572 175,其中,裂变反应产生的中子和γ计数为42 603,完全满足统计精度要求。因此,探测器D1可以放置在距离铀样品几何中心80 cm 处。

为减少中子反射对测量的影响,需要考虑探测器的探测角度。由于裂变中子出射基本上是各向同性的,因此,原则上讲,中子探测对探测角度没有要求。但是,若要在测量符合中子谱的同时获得透射中子谱,则图1中探测器D1,D2,D3的探测角度应选择在铀样品的前角比较合适,这样中子源不会直接入射到探测器D1,利用探测器D1即可以获得透射谱。另外, D2和D3之间的相互干扰,主要来自于样品出射的中子入射到D2和D3中的一个探测器上,经过碰撞后改变方向入射到另外一个探测器上,从而形成一个假符合事件。引起此种干扰的中子主要是弹性散射中子,因为弹性散射截面较大。2.8 MeV中子与238U反应的弹性散射角分布,如图4所示。由图4可知,为减少弹性散射中子的影响,应将探测器D2和D3置于与束流方向成53°夹角方向上,这样中子与238U反应的弹性散射微分截面为最小值, 两个探测器间的偶然符合和互相干扰均最小。3 结论

【参考文献】：
期刊论文
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[2]BC501A液体闪烁体对γ射线的光输出响应[J]. 靳增雪,陈志强,张苏雅拉吐,刘建立,韩瑞,刘星泉,林炜平,任培培,贾宝路,石福栋.  原子核物理评论. 2014(04)
[3]252Cf自发裂变n/γ TOF和TCC谱的MC模拟[J]. 梁庆雷,李井怀,刘国荣,李安利.  核技术. 2012(05)



本文编号：3400148