對(duì)太空的探索和載人航天事業(yè)的發(fā)展一直是人類的追求與不斷發(fā)展的動(dòng)力,近年來隨著載人航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展,對(duì)太空中子輻射環(huán)境的測(cè)量占據(jù)了越來越重要的位置�？臻g環(huán)境復(fù)雜,中子能量高分布廣泛,且中子不帶電,易與輕元素物質(zhì)發(fā)生相互作用,一方面,利用中子該特點(diǎn)對(duì)太空中水資源進(jìn)行探索,同時(shí)也為太空生命體是否存在提供科學(xué)依據(jù);另一方面,通過對(duì)空間輻射環(huán)境的測(cè)量能夠?yàn)楹教烊藛T以及航天器材的輻射防護(hù)提供十分重要的依據(jù)。因此,對(duì)空間中子的能譜測(cè)量顯得至為重要,只有有效的測(cè)量出空間中子能譜,才能很好的為航天人員以航天器材提供有效的安全保障。本論文以國防科研基礎(chǔ)項(xiàng)目“空間輻射中子能譜測(cè)量和劑量校準(zhǔn)技術(shù)”子題“空間輻射中子能譜分析技術(shù)研究”為依托,圍繞空間中子能譜測(cè)量技術(shù)開展了相關(guān)工作。鑒于空間中子能量廣,從幾e V~幾十Me V,有的甚至高達(dá)上千兆,而國內(nèi)現(xiàn)有的多球中子譜儀只對(duì)小于20 Me V中子的靈敏度高,且多是由多個(gè)大小不同的慢化球共同構(gòu)成中子能譜探測(cè)系統(tǒng),每個(gè)球體配備一個(gè)中心探測(cè)器和一套信號(hào)處理系統(tǒng),多個(gè)探測(cè)系統(tǒng)在探測(cè)時(shí)相互影響,導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果的不一致,本文為了實(shí)現(xiàn)對(duì)空間寬能譜中子的測(cè)量,借用現(xiàn)有多球系統(tǒng)慢化球的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了兩種適用于空間中子能譜測(cè)量的嵌套式寬能譜中子譜儀,即分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1)選取分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀的中心探測(cè)器。通過比較~3He、~(10)B、~6Li三種元素與中子的反應(yīng)截面,選擇反應(yīng)截面最高的~3He中子正比探測(cè)器作為兩套嵌套式中子譜儀的中心探測(cè)器。2)選取分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀的慢化材料。在英國Centronic公司的SP9型3He中子正比探測(cè)器外添加四種慢化材料(聚乙烯(PE)、水(Water)、石蠟(Paraffin)、重水(Heavy Water)),借助FLUKA模擬慢化球?qū)χ凶拥哪芰宽憫?yīng)隨慢化材料厚度的變化趨勢(shì),考慮價(jià)格、響應(yīng)大小、安裝便利度等因素,最終選取聚乙烯和水分別作為分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀的的慢化材料,并選取了用于小于10 Me V中子響應(yīng)的聚乙烯球厚度和水厚度。3)對(duì)分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀慢化球進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)選擇。在聚乙烯慢化球的某些層添加輔助材料(Cu、Pb、W),用FLUKA分別模擬相應(yīng)慢化球?qū)θ肷渲凶拥哪芰宽憫?yīng)隨中子能量的變化趨勢(shì),最終考慮尺寸、重量、價(jià)格等多方面因素,選取了最佳參數(shù)的慢化球?qū)Υ笥?0Me V中子進(jìn)行響應(yīng)。改變水球慢化球的大小與結(jié)構(gòu),用FLUKA模擬不同水球?qū)χ凶拥哪芰宽憫?yīng),選取最佳的水球參數(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對(duì)兩套嵌套式中子譜儀進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),均采用嵌套式的形式,通過多次測(cè)量實(shí)現(xiàn)寬能譜中子測(cè)量。4)驗(yàn)證分析在模擬過程中可能出現(xiàn)的影響模擬結(jié)果的因素,排除它們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。比較兩種嵌套式寬能譜中子譜儀。分別分析了兩套結(jié)構(gòu)的寬能譜中子譜儀的優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)它們的能譜探測(cè)效果進(jìn)行了比較分析,得出了兩種嵌套式譜儀的適用范圍。本論文取得的主要成果如下:1)設(shè)計(jì)了分離組合型嵌套式中子譜儀,以聚乙烯作為慢化材料,采用聚乙烯球殼和金屬鉛球殼在中心探測(cè)器外自由嵌套組合構(gòu)成不同大小的慢化球?qū)捘苤凶舆M(jìn)行測(cè)量,提高了聚乙烯球?qū)Υ笥?0 Me V中子的能量響應(yīng)。在中子能量為10 Me V時(shí),響應(yīng)值能達(dá)到不加金屬層的1.68倍,在中子能量為100 Me V時(shí),響應(yīng)值能達(dá)到不加金屬層的26.44倍,在中子能量為1000 Me V時(shí),響應(yīng)值能達(dá)到不加金屬層的120.47倍。2)設(shè)計(jì)了注水抽離型嵌套式中子譜儀,以鉛玻璃球殼構(gòu)成不同的球?qū)?通過在不同球?qū)觾?nèi)注入或抽離水構(gòu)成不同大小的慢化球?qū)捘苤凶舆M(jìn)行測(cè)量,提高了聚乙烯球?qū)Υ笥?0 Me V中子的能量響應(yīng)。在中子能量為100 Me V時(shí),注水后的注水抽離型嵌套式中子譜儀裝置的探測(cè)器響應(yīng)相對(duì)相同水厚度下水球探測(cè)器響應(yīng)的7.88倍。3)嵌套式中子譜儀保證了每次測(cè)量使用的探測(cè)器和測(cè)量電子學(xué)系統(tǒng)都相同,因此,很好的解決了測(cè)量的一致性問題;在同一個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行信號(hào)處理,有效避免了多個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)造成的誤差。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:1)慢化球均采用同心嵌套的形式。分離組合型嵌套式中子譜儀用不同聚乙烯球殼和輔助材料(Cu、Pb、W)球殼在同一~3He正比計(jì)數(shù)器外自由組合,構(gòu)成不同參數(shù)、不同大小的慢化球,通過多次測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì)寬能量范圍中子的能譜的測(cè)量。注水抽離型嵌套式中子譜儀是一個(gè)整體,通過在不同層的嵌套式殼內(nèi)注入或者抽出水來改變慢化厚度,從而實(shí)現(xiàn)“多球”的目的。嵌套式解決了現(xiàn)有多球系統(tǒng)球球干擾的問題。2)采用一套電子學(xué)系統(tǒng)對(duì)多次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理。分離組合型嵌套式中子譜儀和注水抽離型嵌套式中子譜儀各自配備一套電子學(xué)系統(tǒng),多次測(cè)量的數(shù)據(jù)通過各自的電子學(xué)系統(tǒng)處理,克服了現(xiàn)有多球系統(tǒng),多套電子學(xué)系統(tǒng)相互干擾的問題。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL817.3
【部分圖文】：

- 1 加拿大核實(shí)驗(yàn)室多球中子譜儀的測(cè)量裝置

圖 1- 2 論文總體思路一. 嵌套式中子譜儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國內(nèi)現(xiàn)有的多球中子譜儀由多個(gè)慢化球共同構(gòu)成,每個(gè)慢化球內(nèi)置一個(gè)器,外置一套電子系統(tǒng),測(cè)量結(jié)果具有不一致性,所以本課題選擇對(duì)本文

如前文中介紹，多球中子譜儀系統(tǒng)中比較常見的中心中子比計(jì)數(shù)器、BF3正比計(jì)數(shù)器和6LiI 熱中子計(jì)數(shù)器(Vladimir Mare們均是基于核反應(yīng)法對(duì)中子進(jìn)行探測(cè)，而其中3He 正比計(jì)數(shù)器高、不用低溫保存、低伽馬射線靈敏度、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等對(duì)較為廣泛的使用，是目前多球中子譜儀用的比較多的探測(cè)器種材料對(duì)不同能量中子的反應(yīng)截面對(duì)比圖。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 付鑫;李宗強(qiáng);徐俊奎;李武元;蘇有武;毛旺;嚴(yán)維偉;徐翀;龐成果;;一種寬能譜多球中子譜儀的研制[J];原子核物理評(píng)論;2016年04期

2 李冠稼;王慶斌;郭思明;閻明洋;馬忠劍;石澔嶼;徐超;;基于擴(kuò)展型多球中子譜儀的中子能譜測(cè)量[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2016年05期

3 楊劍波;黃紅;劉志;王琦標(biāo);王旭;;初探中子探測(cè)器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2016年14期

4 陳軍;李春娟;李瑋;宋明哲;張紫竹;;多球譜儀測(cè)量BNCT醫(yī)院中子照射器中子束能譜[J];原子能科學(xué)技術(shù);2014年11期

5 甘雷;蔣勇;彭程;吳健;范曉強(qiáng);;微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體中子探測(cè)器研究進(jìn)展[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2014年08期

6 林存寶;劉國福;楊俊;;基于信賴域算法的中子解譜方法研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年12期

7 劉應(yīng)都;張國強(qiáng);王宏偉;田文棟;;~3He正比計(jì)數(shù)器探測(cè)效率模擬及靈敏度刻度[J];核技術(shù);2012年03期

8 王艷玲;劉國福;楊俊;;月球及深空中子(水冰)探測(cè)進(jìn)展[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2011年06期

9 夏文明;賈銘椿;郭智榮;龔軍軍;;雙探測(cè)器中子劑量當(dāng)量儀的探頭設(shè)計(jì)[J];原子能科學(xué)技術(shù);2010年S1期

10 郭文瑾;吳先明;王俊;;月球(火星)中子(水冰)探測(cè)儀初步方案研究[J];航天器工程;2010年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 付鑫;寬能譜多球中子譜儀的研制[D];中國科學(xué)院研究生院(近代物理研究所);2016年

2 黃悅;在線式多球中子譜儀的研究[D];南華大學(xué);2016年

3 程鵬亮;水下中子活化分析的蒙特卡羅數(shù)值模擬[D];成都理工大學(xué);2015年

4 袁嬌;寬能譜多球中子譜儀的設(shè)計(jì)[D];中國科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）;2014年

5 曾捷;涂硼MRPC熱中子探測(cè)器的研制[D];南京航空航天大學(xué);2013年

6 席印印;液體閃爍體高能中子探測(cè)器研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2839170