【摘要】：某些核素的中子誘發(fā)裂變截面在很寬的能區(qū)范圍內(nèi)具備較好的平坦特性,基于裂變的中子探測器具有實(shí)現(xiàn)能量響應(yīng)平坦的潛力�！傲炎�-電子收集”中子探測技術(shù)利用裂變碎片在裂變材料中產(chǎn)生并逃逸的電子給出輸出信號,電子收集處于真空環(huán)境。由于不存在裂變產(chǎn)物與中間介質(zhì)的二次作用,直接將裂變能轉(zhuǎn)換為電信號輸出,“裂變-電子收集”中子探測技術(shù)能夠較好地反映裂變截面平坦的特性,電荷收集沒有介質(zhì)原子阻礙,還可同步實(shí)現(xiàn)快速的時(shí)間響應(yīng)。本文在理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面,對“裂變-電子收集”中子探測技術(shù)開展系統(tǒng)性研究。“裂變-電子收集”中子探測器主要由鍍有裂變材料的涂層電極和位于兩側(cè)的電子收集電極組成。通過對中子與探測器相互作用以及中子次級粒子輸運(yùn)過程進(jìn)行物理分析,結(jié)合Monte Carlo數(shù)值模擬,本文首先完成裂變材料選擇、電極材料選擇和涂層厚度確定等物理設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作。在此基礎(chǔ)上開展了真空靶室主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電極固定和定位設(shè)計(jì)、真空獲取和保持方案制定等工程設(shè)計(jì)工作,確定了探測器原型機(jī)整體設(shè)計(jì)方案;之后進(jìn)一步完成了探測器原型機(jī)制造及考核、大面積涂層電極制備工藝研究、反應(yīng)堆中子驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、加速器中子標(biāo)定實(shí)驗(yàn)等研制與驗(yàn)證工作。通過上述研究工作,獲得的主要結(jié)論包括:1)“裂變-電子收集”中子探測器對中子的能量響應(yīng)平坦程度與裂變截面相當(dāng);2)逃逸的裂變碎片本身、電極的材料選擇以及電極間距都不會(huì)對探測器輸出產(chǎn)生本質(zhì)影響;3)在一定范圍內(nèi),探測器中子靈敏度隨涂層厚度增加,超過此范圍后靈敏度趨于固定:4)電子在真空中運(yùn)動(dòng)速度高,探測器電荷收集時(shí)間在ns量級;5)百伏量級的正高壓可使探測器靈敏度有倍數(shù)的提升,更高的電壓不會(huì)有更好的效果,探測器工作電壓的選擇需要權(quán)衡線性電流和真空保持的因素;6)DT中子靈敏度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)探測器易受干擾,干擾因素包括電路噪聲和環(huán)境散射本底;7)采取綜合手段提高測點(diǎn)注量率同時(shí)壓低噪聲電流,可有效降低電路噪聲影響;8)電極的對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置對環(huán)境中子非彈Y本底有良好抑制效果,利用源中子和散射中子不同的分布特點(diǎn),通過數(shù)學(xué)方法可排除標(biāo)定中散射中子的影響。γ射線是混合輻射場中子測量的主要噪聲來源。在分析γ射線及其次級電子在“裂變-電子收集”探測器中輸運(yùn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,利用MonteCarlo方法,本文證明文獻(xiàn)給出的γ靈敏度抑制方案存在局限,同時(shí)提出調(diào)整電極參數(shù)平衡信號輸出電極(涂層電極)電荷得失抑制γ輸出的新方案,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案效果良好。通過上述理論和實(shí)驗(yàn)研究,獲得了對于“裂變-電子收集”中子探測技術(shù)的基本認(rèn)識(shí),完成了探測器原型機(jī)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作,解決了探測器γ靈敏度抑制、弱信號高本底實(shí)驗(yàn)標(biāo)定、大面積涂層電極制備等難題。探測器原型機(jī)對DT中子的靈敏度為8.65×10-20C·cm2,對60Co同位素源γ射線靈敏度為1.79×10-21C·cm2,二者之比大于40:1,探測器時(shí)間響應(yīng)函數(shù)半高寬(FWHM)小于3ns�！傲炎�-電子收集”中子探測器同時(shí)具備能量響應(yīng)平坦、時(shí)間響應(yīng)快、測量信噪比高的優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)主要在于裂變放能利用率低,靈敏度低且不具備信號放大功能。論文的研究成果可為深入認(rèn)識(shí)極端條件下物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)和規(guī)律,提升高能量密度物理、先進(jìn)聚變能源以及中子物理學(xué)的研究水平提供新型高分辨率的診斷手段。
【圖文】：

１ＵＢ的探測器既有氣態(tài)的ＢＦ３邋Ｈ：比計(jì)數(shù)管和也有固態(tài)的載＿閃爍探測器。逡逑有合適的氣態(tài)化合物，只能采用固態(tài)。在ｌＯＯｋｅＶ范圍內(nèi)６Ｌｉ與中子的＞Ｂ，其熱中子截面為９４０ｂ邋（見閣１．２），，它的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)放能大。逡逑ｎ邋＋邋ｈＬｉ＝ａ邋＋邋Ｔ＋４ＪＳ６ＭｅＶ逡逑邐６Ｕ邋（ｎ，ｔ）逡逑．邋Ｉ邋Ｉ邋ｉｖｉｉｖ＾邋ｉ邋ｔ邋１１ｉｎ＊邋１邋＂＊ｆ＂Ｖ＇Ｔ＇ｉｔｉｉｉｉ邋ｉ邐ｉ邋ｉ邋ｖｉｍｉ｜邋ｉ邋ｉ邋ｉｍｎ｜＂—＇ｔ＇ｔｍｉｎｉ＇邋ｉ邐＇ｉ邋ｉ邋ｖｔｉｉｖｉｉ邋？逡逑１０３邋ｒ邋＼邐：逡逑１０２「邐－逡逑ｔ１０＇邐ｒ邐］逡逑ｉ0°邐＾邐，逡逑Ｖ邐：逡逑

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【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL816.3

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本文編號：2664820