【摘要】：在核反應堆中,中子對核能的釋放起著關鍵作用,中子能譜是非常重要的特征參數(shù),在評價和檢驗核參數(shù)方面都有著重要意義。因此,中子能譜的測量是反應堆監(jiān)控中最重要的內(nèi)容之一�？熘凶优R界裝置屬于實驗反應堆的一種,用于開展臨界實驗。目前常用于快中子能譜測量的方法主要有飛行時間法、活化法、氫反沖法及核反應法,其中飛行時間法的測量能區(qū)廣、精度高,但設備龐大且不適用于臨界裝置這種不能確定中子起始時間的應用場景;活化法操作簡單且對儀器設備要求不高,但所得中子能譜精度不高;氫反沖法通常使用~3He球形正比管結合液體閃爍體,設計及操作都較為復雜;核反應法通常利用~6Li(n,α)反應制成~6LiF夾心中子能譜儀,其體積小、測量范圍大且結構相對簡單,測量的準確性決定于所使用的探測器。目前最常于夾心中子譜儀的探測器有常規(guī)Si/Ge半導體探測器、金硅面壘型探測器和4H-SiC探測器,其中常規(guī)Si/Ge半導體探測器抗輻射性能差且受溫度變化影響大、金硅面壘型探測器對α粒子分辨率較差、4H-SiC探測器無法對4MeV以上的中子進行能譜測量,使用這些探測器都難以在快中子臨界裝置的環(huán)境下達到其最佳測量效果。針對上述現(xiàn)狀,本文首次提出了一種基于PIPS探測器(Passivated Implanted Planar Silicon detector,鈍化離子注入平面硅半導體探測器)的~6LiF夾心中子能譜儀的研制方案,以解決快中子臨界裝置中子能譜的測量問題。PIPS探測器具有耐輻照、耐高溫、漏電流小、α粒子能量分辨率好、入射窗穩(wěn)固且不需要準直等優(yōu)點,非常適用于快中子臨界裝置的測量環(huán)境。本文所研究的~6LiF夾心中子能譜儀的探頭由兩個面對面放置的PIPS探測器構成,其間夾有一層~6LiF中子轉換層,對其進行可行性研究,分析其工作原理,通過理論模擬分析轉換層厚度對探測效率及能量分辨率的影響規(guī)律,并闡述了探測器的對稱挑選原則。譜儀利用符合測量原理,對~6Li(n,α)反應生成的次級帶電粒子——α粒子和T粒子所產(chǎn)生的探測信號進行篩選,排除干擾粒子的影響,有效提高譜儀的探測準確性。利用“和譜分析法”,將α粒子和T粒子引起的脈沖信號幅度相加并解譜,得到中子能譜。硬件設計方面摒棄過去常用的門電路,以FPGA為控制核心,輔以放大整形電路、模擬電路、ADC模數(shù)轉換電路及FPGA數(shù)字信號處理電路,實現(xiàn)對脈沖信號的處理及符合。通過在CFBR-II堆上開展的熱中子測量實驗,對系統(tǒng)進行測試和驗證,因涉及保密,故無法完全展示準確的測量數(shù)據(jù),只能通過圖片展示相關的測試結果。以~(239)Pu和~(241)Am混合α源對雙PIPS探測器進行性能測試,所得α譜的峰位、峰半寬度基本一致,驗證了探測器PIPS1和PIPS2符合夾心譜儀對于探頭的對稱性要求;同時對比用金硅面壘型探測器和4H-SiC探測器制成的夾心譜儀對α粒子及T粒子的探測結果,驗證了PIPS探測器的良好性能;最后對兩個PIPS探測器的符合相加信號脈沖幅度譜進行解譜,獲得求和符合譜,首次驗證了可以利用PIPS探測器制成性能良好的~6LiF夾心中子譜儀,為高精度中子能譜的測量奠定了基礎。
【圖文】：

對于它們的測量顯得尤為重要（Steven L.Bellinger，2012）。947 年起，美國就建立起了多個臨界裝置，目的是為了進行核，LANL 已經(jīng)建立了十多個臨界裝置以及上百個臨界和次臨界數(shù)百次的臨界實驗，獲得了大量相關的臨界數(shù)據(jù)，其中包括：、中子注量和反應率、反應性系數(shù)、中子能譜、臨界質(zhì)量等等各器研制的臨界安全檢驗以及核武器設計中計算程序和群常數(shù)的相關數(shù)據(jù)。前蘇聯(lián)于 20 世紀 40 年代起也開始著手建立臨界以千萬次的臨界實驗，并用于對二維計算程序和中子數(shù)o Bedogni，2010；M.Angelone，2014）。關于反應堆的物理計算中，，有幾個很重要的特定物理概念，接單介紹。是中子的微觀截面。核反應方程描述的是一個粒子和核相互作單從反應方程來看，沒有辦法了解與某體積內(nèi)物質(zhì)中發(fā)生這一數(shù)量。

利用中子能譜和截面數(shù)據(jù)庫，通過計算可以得到很多信息，例如裝置的中子場的平均反應截面以及中子注量等等，很多裝置都會對這些相關參數(shù)進行測量，它們都與中子能譜息息相關，所以說中子能譜的測量是十分必要的；中子能譜還可以用來檢驗核數(shù)據(jù)庫參數(shù)的準確性或是校正各種截面參數(shù)；點截面、群參數(shù)等信息也能利用中子能譜從理論上計算獲得；另外還能通過核反應產(chǎn)生的中子能譜而得到核能級的相關數(shù)據(jù)。總而言之，中子能譜的測量一直以來都是中子場相關參數(shù)測量的難點和重點，特別是對于核武器和反應堆的設計和實驗而言，各類中子源的中子能譜測量都是必不可少的（楊成德，1995；吳健，2014）。例如電子元器件的輻照實驗通常需要在快中子臨界裝置中進行，如圖 1-2 所示為常用的半導體材料 Si 的位移損傷函數(shù)。電子元器件的損傷情況通常使用平均位移損傷函數(shù)來表示，不同的中子能譜對于電子元器件的損傷情況也是不同的。因此中子能譜的測量對于在模擬源上開展電子元器件輻照實驗而言是至關重要的（吳健，2014）。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH842

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 曾麗娜;鄭春;;半導體夾心譜儀測量裂變中子能譜的不確定度[J];原子能科學技術;2014年S1期

2 王強;羅小兵;鄭春;艾自輝;代少豐;;輻照物對快中子脈沖堆中子輻射場擾動的實驗研究[J];核電子學與探測技術;2013年07期

3 陳曉亮;陳效先;喻宏;楊勇;張強;王事喜;胡定勝;趙郁森;;中國實驗快堆中子能譜測量實驗研究[J];原子能科學技術;2013年S1期

4 蔣勇;吳健;韋建軍;范曉強;陳雨;榮茹;鄒德慧;李勐;柏松;陳剛;李理;;基于4H-SiC肖特基二極管的中子探測器[J];原子能科學技術;2013年04期

5 蔣勇;李俊杰;張濤;范曉強;鄭春;;用于快中子能譜測量的~6LiF夾心半導體譜儀[J];原子能科學技術;2012年12期

6 張忠兵;歐陽曉平;陳亮;張顯鵬;李宏云;;強輻射環(huán)境下高能脈沖裂變中子探測方法[J];強激光與粒子束;2011年12期

7 田新;肖無云;王善強;梁衛(wèi)平;;α、β粒子在鈍化注入平面硅探測器中的脈沖形狀分析[J];核電子學與探測技術;2011年11期

8 杜金峰;;CFBR-Ⅱ堆典型輻照位置的中子能譜計算[J];核技術;2010年03期

9 蔣勇;李俊杰;鄭春;肖建國;;~6LiF夾心譜儀探頭用金硅面壘探測器性能測定[J];核動力工程;2008年05期

10 鄭春,吳建華,李建勝,王強,何兆忠,黃義超,代少豐;活化法測量CFBR-II堆中子注量和中子能譜[J];核動力工程;2004年01期

相關博士學位論文 前2條

1 羅曉亮;中子通量及能譜測量中關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2015年

2 吳健;基于4H-SiC的中子探測技術研究[D];中國工程物理研究院;2014年

本文編號：2648184