D-T中子探测系统性能研究

论文摘要

中子发生器是一种有广泛应用前景的中子源,它主要产生D-D（2.5MeV）或D-T（14MeV）中子。本文利用长计数器、闪烁体探测器、银活化探测器所搭建的中子探测系统,通过对中子测试的物理原理、探测器的结构设计、探测器的使用等几个方面的分析来提高中子探测系统的精度。同时,本文利用蒙特卡罗方法对探测系统进行了模拟,所获得的结果对完善中子探测系统提供了支持,也为探测器的进一步开发提供了参考。本文利用中子探测系统开展了大量的测试工作,熟悉了探测器的工作原理,并分析研究了关键技术环节。对不同的中子探测器,由于工作原理的不同,探测器的适用条件及获得的参数存在差异。长计数器由于具有能量坪曲线特性,可采用同位素中子源进行标定后,推算出相应能量中子的探测效率,同时长计数器具有良好的抗干扰性,因此被广泛用作中子试验的二次标准仪器,本文便使用长计数来相对标定闪烁体探测器,这种方法充分利用了两种探测器的优点来弥补彼此的不足。针对中子探测系统,本文采用MCNP软件对探测系统中的探测器进行了初步的模拟计算。在长计数器的探测效率计算中,采用了中子-光子耦合输运模式,得到的结果与实验结果吻合,因此对长计数器的能量坪曲线、有效中心等性能进行了进一步的仿真;同时在此基础上开展了灵敏度较高的阵列式BF3探测器的设计和仿真;针对闪烁体探测器的探测效率本文采用了跟踪中子在闪烁体中的能量沉积进行了计算。此外,本文在对探测系统性能的研究基础上,分析了中子发生器的中子通量测试工作的试验数据,对探测系统中用到的探测器进行了比对,给出了实验数据的不确定度并分析了中子发生器的产额涨落。探测系统中的探测器所给出的结果在不确定度范围内是一致的,而且能很好的反映出中子发生器的产额涨落情况。同时通过蒙特卡罗方法模拟了探测系统的不确定度以及相应测试条件对测量的不确定的影响,所获得的数据对完善中子发生器的中子通量测试系统提供了支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 论文选题
• 1.2.1 选题背景
• 1.2.2 中子探测器的发展
• 1.3 论文研究内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 第二章 中子探测的原理和方法
• 2.1 中子与物质的相互作用
• 2.2 中子探测的基本原理
• 2.3 中子探测器的应用
• 2.3.1 探测器的性能指标
• 2.3.2 中子源的应用
• 2.3.3 探测器的工作状态
• 2.4 小结
• 第三章 探测器的标定
• 3.1 长计数器的标定
• 3.1.1 长计数器标定方法
• 3.1.2 标定结果及讨论
• 3.2 闪烁体探测器的标定
• 3.2.1 闪烁体探测器标定
• 3.2.2 标定结果及讨论
• 3.3 两种标定方法的比较
• 3.4 小结
• 第四章 蒙特卡罗方法在探测器中的模拟计算
• 4.1 通用蒙特卡罗程序的选择
• 4.2 MCNP程序的使用
• 4.2.1 基本概念
• 4.2.2 MCNP的模拟流程
• 4.2.3 MCNP程序模拟计算中应注意的问题
• 4.3 长计数器的模拟计算
• 4.3.1 长计数器的效率模拟计算
• 4.3.2 长计数器的能量响应曲线的模拟计算
• 4.3.3 长计数器的有效中心的模拟计算
• 4.4 阵列BF3探测器的模拟计算
• 4.5 闪烁体探测器的模拟计算
• 4.6 小结
• 第五章 中子发生器中子通量测量
• 5.1 放射性测量的数据处理
• 5.1.1 多次测量结果的标准偏差
• 5.1.2 测量数据的检验
• 5.1.3 误差和不确定度
• 5.2 D-T中子探测系统
• 5.3 中子参数测量系统的不确定度分析
• 5.3.1 长硼计数器测量的不确定度
• 5.3.2 微分型闪烁探测器测量的不确定度
• 5.3.3 积分型闪烁探测器测量的不确定度
• 5.3.4 银活化探测器测量的不确定度
• 5.4 中子发生器中子产额测量
• 5.4.1 中子发生器中子产额计算
• 5.4.2 中子发生器中子产额的不确定度分析
• 5.5 两种实验数据处理方法的比较
• 5.6 测试过程的模拟计算
• 5.7 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文的结论
• 6.2 对今后工作的研究设想
• 6.3 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录A MCNP模拟仿真
• 附录B MCNP模仿真程序结果
• 附录C 试验数据
• 附录D 研究生期间发表论文情况