發(fā)布時間：2021-08-26 22:42

　　面對³He氣體資源嚴(yán)重短缺的國際形勢,2018年基于⁶Li+CdTe新型中子探測器方案被提了出來,其具備熱中子探測效率高、γ靈敏度低及可與³He氣體中子探測器相比擬的特點(diǎn),有很好的應(yīng)用前景。本文分析⁶Li+CdTe中子探測器的結(jié)構(gòu)和工作原理,采用MCNP6軟件對⁶Li+CdTe中子探測器進(jìn)行物理建模并且對其物理性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)、中子慢化體設(shè)計(jì)等進(jìn)行模擬計(jì)算,并就該探測器在特殊核材料監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用開展了探索研究。結(jié)果顯示:CdTe吸收層的最佳厚度為10μm;當(dāng)6層⁶Li+CdTe的中子探測單元疊加時,⁶Li轉(zhuǎn)化層的最佳厚度為60μm,此時熱中子探測效率超過50%;探測系統(tǒng)的尺寸達(dá)到4 m×32 cm時,可以滿足特殊核物質(zhì)監(jiān)測的要求。整個模擬研究獲得了探測器最佳工作參數(shù)以及輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,對特殊核材料在線中子監(jiān)測裝置的實(shí)驗(yàn)研究具有指導(dǎo)意義。 

【文章來源】：核技術(shù). 2020,43(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

6Li+CdTe中子探測器的結(jié)構(gòu)

因?yàn)?He粒子的射程較短，只有極少數(shù)的4He粒子能穿透Li層進(jìn)入到CdTe中，所以我們只模擬3H粒子在CdTe的沉積情況來確定CdTe的最佳厚度。設(shè)CdTe密度為6.38 g?cm-3，取CdTe薄膜的厚度為2μm、5μm、8μm、10μm、15μm、20μm，模擬得到中子探測器對能量為2.75 MeV 3H粒子的響應(yīng)情況，從而確定出一個最佳的CdTe厚度。模擬結(jié)果如圖2所示，隨著CdTe厚度增加，CdTe中3H粒子沉積能量增加，相應(yīng)的電子-空穴對數(shù)目將隨之增加，輸出信號幅度增加，有利于信號采集。但由于天然鎘中113Cd同位素與中子的反應(yīng)截面較大，導(dǎo)致中子進(jìn)入6Li薄膜之前會在CdTe中損失掉，因此CdTe的厚度并不能太大。在實(shí)際操作中為了剔除電子學(xué)噪聲以及γ射線的干擾，會設(shè)置一定的能量閾值，CdTe的厚度應(yīng)至少滿足3H沉積能量大于設(shè)定閾值（與γ信號區(qū)分開，取300 keV）時的最小厚度。當(dāng)CdTe吸收層的厚度大于8μm時，99.25%粒子沉積能量大于300 keV�？紤]CdTe吸收層的PN結(jié)內(nèi)少量電子-空穴對會發(fā)生復(fù)合效應(yīng)[9]而不能被完全收集，導(dǎo)致實(shí)際的能量沉積效果要差于模擬的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中留有一定的裕度，CdTe厚度取10μm較為合理，后續(xù)模擬中均采用10μm。

將CdTe吸收層的厚度固定為10μm，設(shè)6Li豐度為100%、密度為0.534 g?cm-3，模擬計(jì)算得到基本探測單元層數(shù)以及6Li薄膜厚度對中子探測效率的影響，如圖3所示。對于相同的探測單元層數(shù)，隨著6Li薄膜厚度的增加，探測效率都呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。這是因?yàn)樵?Li薄膜厚度較小時，隨著6Li厚度的增加，對熱中子的吸收就更充分，致使探測效率增加。但當(dāng)厚度增加到一定程度時，吸收熱中子產(chǎn)生的4He粒子和3H粒子無法穿透6Li薄膜進(jìn)入CdTe吸收層，反而使探測效率有所下降，6Li薄膜的最佳厚度隨著基本探測單元數(shù)目的增加而減小。6層6Li+CdTe探測單元疊加時，6Li薄膜最佳厚度為60μm，探測效率達(dá)到51.86%，高于或與其他3He替代型中子探測器相當(dāng)[10-14]。2.3 γ靈敏度


本文編號：3365105