基于裂变法的中子探测器研究

发布时间：2023-06-13 22:36

　　中子测量在很多领域,尤其是先进核能领域,都非常有用。由于中子不带电荷,不能和物质发生电磁相互作用,中子的探测只能通过中子反应产生的次级带电粒子来完成。中子反应产生次级带电粒子的方法包括核反应法、核裂变法、核反冲法和核活化法等。由于裂变过程产生两个大的碎片,其输出信号幅度大、易于探测,核裂变法广泛地应用于反应堆的中子测量。本论文基于裂变法研制了两套中子探测器,第一套为裂变PPAC,是使用平行板雪崩计数器的方法,第二套为裂变电离室。平行板雪崩计数器(PPAC)具有灵敏面积大、时间分辨好、位置分辨高、和探测效率高等显著优点。本论文中研制的裂变PPAC探测器包括7层,左面三层用作第一套PPAC,右面三层用作第二套PPAC,第四层是隔离层,用于隔离两套PPAC。每套PPAC里的中间层用作阳极,另两层作阴极,各电极间距为3毫米。为了探测快中子,第二套PPAC的阳极上镀了²³⁸U(U₃O₈)材料。由于两套PPAC都能探测到γ,但是,只有第二套PPAC能探测到中子,经过电子学信号处理即可扣除γ本底。利用两套PPAC来进行γ补偿的上述方法...

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 中子探测技术的发展
    1.2 本文选题的主要目的和意义
第2章 中子和物质的相互作用及中子探测器介绍
    2.1 中子与物质的相互作用及散裂反应简介
        2.1.1 弹性散射
        2.1.2 非弹性散射
        2.1.3 俘获效应
        2.1.4 转移反应
        2.1.5 散裂反应简介
        2.1.6 裂变反应
        2.1.7 几种裂变模型简介
    2.2 中子探测方法和常用气体中子探测器简介
        2.2.1 核反冲法
        2.2.2 核反应法
        2.2.3 核裂变法
        2.2.4 核活化法
        2.2.5 常用气体中子探测器简介
    2.3 本文研究内容及主要工作计划
        2.3.1 裂变PPAC设计加工及物理建模
        2.3.2 裂变电离室设计加工及物理建模
        2.3.3 小结
    2.4 国际上对238U的中子裂变截面的研究简介
第3章 气体探测器的工作原理
    3.1 带电粒子与物质的相互作用
    3.2 γ光子与物质相互作用
        3.2.1 光电效应
        3.2.2 康普顿散射
        3.2.3 电子对效应
    3.3 电子-离子对产生过程
    3.4 电子-离子对在电场中的漂移过程
        3.4.1 正离子的漂移过程
        3.4.2 电子的漂移过程
    3.5 不同气体探测器的工作电压区间
    3.6 常用的基于裂变法的中子探测器工作原理简介
        3.6.1 裂变PPAC的工作原理
        3.6.2 裂变电离室的工作原理
第4章 蒙特卡洛模拟软件及方法介绍
    4.1 Geant4 软件结构及对蒙特卡洛方法的应用原理
        4.1.1 Geant4 软件结构
        4.1.2 Geant4 对蒙特卡罗方法的应用原理
    4.2 裂变PPAC模型物理过程建立的理论基础
第5章 裂变PPAC设计、加工、模拟及测试
    5.1 裂变PPAC的设计及物理建模概述
        5.1.1 快中子和不同靶材料的反应截面模拟
        5.1.2 裂变PPAC镀靶厚度模拟
        5.1.3 裂变碎片的元素种类分布
    5.2 裂变靶加工
    5.3 裂变PPAC及测试用的真空盒加工
    5.4 裂变PPAC工作气体选择
    5.5 不同工作气体的重带电粒子输出信号模拟
    5.6 Maxwell模拟PPAC内部电场
    5.7 磁场对裂变PPAC工作状态的影响模拟
    5.8 裂变PPAC测试
        5.8.1 ²⁴¹Am源测裂变PPAC的计数率
        5.8.2 ²⁵²Cf源测裂变PPAC的时间分辨率
第6章 用于入射中子注量测量的裂变电离室研发
    6.1 裂变电离室在国际上的应用情况简介
    6.2 ²³⁸U裂变电离室设计
    6.3 裂变电离室测试
    6.4 裂变电离室模拟
第7章 总结和展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3833433