CN102246243A - 用于快速超热中子流的在线测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于快速超热中子流的在线测量的装置，特征在于包括：能够主要探测快速超热中子的一快速超热中子探测器(DNR)；能够主要探测热中子的一热中子探测器(DNT)；用于处理由所述快中子探测器传输的信号的第一处理电路(C1)；用于处理由所述热中子探测器传输的信号的第二处理电路(C2)；适于确定所述中子探测器中的每一个中子探测器对快中子及热中子的渐进灵敏度的一装置(CE，PMM)；及根据所述渐进灵敏度及由所述第一处理电路及第二处理电路所传输的信号来计算所述快速超热中子流的一计算机(CALC)。

Description

用于快速超热中子流的在线测量的装置

技术领域

本发明涉及用于在一能量区间[E_min，E_max]内在线测量快速超热中子流的装置。

背景技术

作为一非限制性范例，本发明特别有利地适用于在线测量反应堆堆芯中的快速超热中子流，约束条件如下：

-总体中子流量高(例如1E14n/cm²/s或者更多)；

-热中子在总体中子流中所占比率大；

-伽马辐射强；

-期望进行一(在线)实时测量来监测快速中子流随时间的变化；

-期望在堆芯中进行的测量，较常见地称之为“堆芯内”测量。

上述约束条件适用于材料测试反应堆内仪器，所述仪器通常更多地用术语MTR(“材料测试反应堆”)仪器来命名，或适用于动力反应堆堆芯的监管(通常更多地用术语“‘堆芯内’监管”来命名)。

当前使用以下两类探测器来测量快中子流：活化探测器及在线探测器。

活化探测器是剂量计，其材料适当地被选出以提供所关注能带中的中子注量。这是一种久经考验的方法(参见参考书目[1])，其缺点如下：

-所述剂量计必须从所述堆芯中移出以供分析(因此，这是一种在反应堆循环结束之后可用的事件后测量)；

-所获得的量为辐射持续时间内积累的流量，因此不可能获得随时间的变化。

不同于上述探测器，在线探测器允许在反应堆堆芯中进行在线测量。根据已知技术，在线探测器为位于一热中子吸收屏下面的铀裂变室。裂变室是用于反应堆中的中子监测的众所周知的通用中子探测器(“堆芯外”或“堆芯内”探测器)。被称为小型或超小型腔室的某些腔室的外部形状为直径4mm或者更小的一圆柱体，这意味着它们特别适合本专利申请所涵盖的领域的“堆芯内”仪器。1994年11月29日以“Commissariat àl’Energie Atomique(原子能委员会)”的名义提出申请且公开号为2 727 526的法国专利申请(参见参考书目[2])给出了此裂变室的详细说明。通过发生核裂变反应的场所内的一裂变沉淀物来探测中子。在极大多数的情况下，此沉淀物由铀U235组成，其非常适合于测量热中子或在没有热中子分量的情况下测量快中子。为了测量具有上述限制的快中子，一般会优先地指定使用其有效裂变截面有一阈值的铀U238。然而，一难点产生：在热中子俘获的影响下，铀U238嬗变成钚Pu239-所述热中子的一裂变同位素。为了克服此难点，Y.Kashchuk等人(参见参考书目[3])建议使用屏幕(B10、Cd、Gd等)，屏幕的作用为在热中子到达探测器之前吸收它们。然而，此解决办法的主要难点在于：其难以和“堆芯内”的使用兼容的障碍、热流的局部中断、机械特征、辐射影响下的磨损、探测器发热。

本案申请人了解另一种类型的在线探测器。此类型的在线探测器是一项在先技术，记载在2007年12月21日由本案申请人提出申请但还未公开的一法国专利申请中，其国家注册号为07 60229。此类型的探测器由含有纯化到至少99.5％的钚Pu242的一裂变室组成。图1A及1B描绘此裂变室的两个范例，且图2描绘适于在这些裂变室中沉淀钚Pu242的一装置。此裂变室的优点在于其不使用任何热中子屏就满足上述定义的要求。

图1A描绘包含纯化到至少99.5％的钚Pu242的一裂变室的第一范例。从机械结构方面来说，此裂变室与公开号为2 727 526的专利申请中所记载的裂变室相同。

参考数字20标示一管子，其外部直径大体等于，例如，1.5mm，并同时用作所述裂变室的一外壳，且至少一部分标示为参考数字21是作为阴极。此管子由，例如，因科镍合金或不锈钢制成。

在所述腔室内，由例如红宝石制成的两个绝缘体22、24支撑覆盖有一阈值裂变沉淀物的一中央阳极26，举例而言，所述阈值裂变沉淀物为纯化到至少99.5％的钚Pu242。

管子20的一端23被一管端帽28封闭住，举例而言，管端帽28由不锈钢制成。在使用期间，在数巴(例如，5巴)的压力下，所述腔室内充满一中性气体，例如氩气或添加有少量(例如4％)氮气的氩气，且管端帽28用于填充并密封所述腔室。阳极26与传导元件32、36连接以将一电信号发送到所述腔室的外部。这些传导元件32、36与一连接电缆11的传导元件44连接，连接电缆11将所述组合与一连接装置连接，就如专利申请2 727 526中所记载的。

导管32于界定所述裂变室的管子20内连接至导管36的一端35，而穿越由高纯度铝制成的管端帽34的导管36的另一端37与电缆11的外部金属护套30的延长部分内的导管44连接。管端帽34在一金属管38中至少部分是弯曲的，金属管38可被焊接到管子20的一端40上。

图1B描绘含有纯化到至少99.5％的钚Pu242的一裂变室的第二范例。

其包括由一导电材料制成且作为所述装置的外壳的一腔室主体1。所述外壳也可完全由另一种材料制成，且一层导电材料可沉淀在所述外壳壁的内部以形成外部电极1。也由一导电材料制成的装置2形成一支撑物，其上沉淀有一放射性元素的薄层120，即根据本发明，为纯度至少为99.5％的钚242。在运行时，这些装置2将形成，例如，一阳极，且主体1将形成一阴极。所述阴极与阳极之间将含有一电离气体，例如，在1.5巴下的氩气。

一气密通道3(金属及氧化铝)顶住基板2且允许与外部电气连接，同时确保所述腔室的一端是气密的。

一螺丝钉4使所述基板能够被固定在所述气密通道上。

参考数字5标示一管端帽，且参考数字6标示焊接到所述气闭通道的电线上以促成电气连接的一附加厚度。

此裂变室可能，例如，有约4mm的外径。

无论钚Pu242裂变室的实施例是什么式样，含有钚Pu242的裂变材料的薄层都沉淀在所述电极其中之一上或沉淀在所述的两个电极上。所述外壳对中子的传送是通透的，换言之，它允许所述中子穿过其壁。换言之，构成所述外壳壁的材料有一小的有效中子俘获截面。所述电极或者完全由导电材料制成，或者覆盖有一层导电材料。

所述钚Pu242层可通过电镀形成，例如，使用如图2中所描绘的一装置。

要沉淀的钚Pu242可以液态溶液100的形式盛放在一烧杯102中，在一含有硝酸与草酸铵的混合物的电解溶液内。

在一杆子116(例如由覆盖有一聚四氟乙烯膜的铂制成)的末端，把上面将形成所述沉淀物的所述电极或支撑物120，通过由聚四氟乙烯制成的两端111、113固定在适当的位置。所述组合被放置在所述溶液中。例如，通过在烧杯102底部放置一磁化条104，且将该烧杯放置在一磁化搅拌器106上，可将所述溶液搅拌而保持均匀。

由一导电材料制成(例如，由铂制成)的一电线105被放置在溶液102中。一电源107使电流能够流入此电线及所述溶液。此电流将使钚由所述溶液中移出并附着到所述电极或支撑物120上。

在某些情况下，可以使用一马达110来旋转所述电极或支撑物120，以便在与所述电解溶液接触的整个表面上获得一均匀沉淀物。例如，内部电极可以以60转/分钟的速度旋转，如箭头108所示。

此方法既适用于内部电极又适用于外部电极。若期望所述钚沉淀在外部电极(外部电极具有，例如，圆柱形)的内壁上，则所述电极的外壁需覆盖一层保护材料，例如一层聚四氟乙烯。

在上述情况下，通过使约350mA的电流流动两个小时，可以在所述电极或支撑物120上，沉淀90％至95％在所述电解溶液中存在的钚。

Pu242钚裂变室的一个问题在于所述沉淀物中存在裂变杂质(Pu239及Pu241)，这使所述腔室对热中子敏感，虽然存在的裂变杂质的量低，但也不能完全忽视。除此之外，虽然通过连续的嬗变而产生的裂变同位素大大低于在铀U238的情况下所观测到的，但是在辐射期间，所述裂变同位素仍使此热灵敏度增大。因此，仅在非常特殊的环境中，即热流不是太高，或在短时段辐射下，可使用所述Pu242钚裂变室而无需屏幕。

因此，对于制造一测量系统，使能够区别由快中子所产生的贡献量(所关注的数量)及由热中子所产生的贡献量，有真正的需求。

发明内容

为了满足上述需求，本发明提出用于在一能量区间[E_min，E_max]内在线测量t_n时刻的快速超热中子流的一装置，其特征在于包括：

-一快中子探测器(DNR)，包含适于主要探测快中子的材料；

-一热中子探测器(DNT)，包含适于主要探测热中子的材料；

-一第一电子电路，传输来自由所述快中子探测器在t_n时刻所传输的一探测信号的一数字信号VR(t_n)；

-一第二电子电路，传输来自由所述热中子探测器在t_n时刻所传输的一探测信号的一第二数字信号VT(t_n)；

-装置，能够确定t_n时刻所述快中子探测材料的同位素组成及所述热中子探测材料的同位素组成；

-装置，能够根据所述同位素组成来确定所述快中子探测器在t_n时刻对所述快中子的渐进灵敏度I₁₁(t_n)、所述快中子探测器在t_n时刻对所述热中子的渐进灵敏度I₁₂(t_n)、所述热中子探测器在t_n时刻对所述热中子的渐进灵敏度I₂₁(t_n)及所述热中子探测器在t_n时刻对所述快中子的渐进灵敏度I₂₂(t_n)，

-装置，用于根据以下方程组来计算t_n时刻的所述快速超热中子流

及一热中子流

及

其中KR及KT分别为用于校准所述快中子探测器的系数及用于校准所述热中子探测器的系数。

根据本发明的一附加特征，所述测量装置还包括用于使用以下方程式来计算一总体中子流

的装置：

其中

-f₁(E)＝f_fiss(E)+αf_epi(E)，及

-f₂(E，θ)＝f_mxw(E，θ)，

其中f_fiss(E)为所述中子流的一裂变分量，其中f_epi(E)为所述中子流的一超热分量，其中f_mxw(E，θ)为所述中子流的一麦克斯韦分量，且其中α为所述中子流的超热分量与所述中子流的裂变分量之间的一比例系数。

根据本发明的另一附加特征，所述测量装置还包括用于在所述区间[E_min，E_max]内计算t_n时刻的N_r个积分结果的装置，其中N_r为大于或等于1的整数，其中第k阶的积分结果(k＝1，2，...，N_r)由以下方程式得出：

其中

$m_{k1}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},$ 且

$m_{k2}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,{\mathrm{\θ}}_0)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},$

其中

-f₁(E)＝f_fiss(E)+αf_epi(E)，且

-f₂(E，θ)＝f_mxw(E，θ)，

其中f_fiss(E)、f_epi(E)、f_mxw(E，θ)分别为，所述中子流的一裂变分量，所述中子流的一超热分量和所述中子流的一麦克斯韦分量，且其中α为所述中子流的超热分量与所述中子流的裂变分量之间的一比例系数，且其中

-Y_k(E)为表征第k阶的积分结果的特性的一响应函数。

根据本发明的一特殊特征，响应函数Y_k(E)为与所述区间[E_min，E_max]一致或包括在所述区间[E_min，E_max]内的有用能带[E_a，E_b]的一识别函数，使得：

若E_a＜E＜E_b，则Y_k(E)＝1

否则Y_k(E)＝0

使得R_k(t_n)为能量介于E_a与E_b之间的中子流，即

根据本发明的另一特殊特征，响应函数Y_k(E)为反应的一有效宏观截面∑_r(E)，使得：

${\mathrm{\Σ}}_r\left(E\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^{\text{'}}\·{\mathrm{\σ}}_i^r\left(E\right),$

其中N_i’为一媒介中存在的一同位素i的原子数且

为关于所述媒介中的一反应r的同位素i的一有效微观截面，使得R_k(t_n)为所述媒介中的反应r的速率，即：

其中反应r为，例如，一裂变或俘获或扩散或损害反应。

根据本发明的测量装置的一附加特征，由于所述快中子探测器及所述热中子探测器为裂变室，故渐进灵敏度I₁₁(t_n)、I₁₂(t_n)、I₂₁(t_n)及I₂₂(t_n)分别写作：

$I_{11}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{12}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ}){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中N_i(t_n)为适于主要探测快中子的所述材料的一同位素i在t_n时刻的同位素组成，且

为同位素i的有效截面；且

$I_{21}\left(t_n\right)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{N}_j\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right){\mathrm{\σ}}_j^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{22}\left(t_n\right)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{N}_j\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ}){\mathrm{\σ}}_j^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中N_j(t_n)为适于主要探测热中子的所述材料的一同位素j在t_n时刻的同位素组成，且

为同位素j的有效截面。

根据本发明的一附加特征，所述热中子探测器为含有铀U235的一裂变室。

根据本发明的另一附加特征，由于所述快中子探测器为一裂变室且所述热中子探测器为一自给能中子探测器(collectron)，故渐进灵敏度I₁₁(t_n)、I₁₂(t_n)、I₂₁(t_n)及I₂₂(t_n)分别写作：

$I_{11}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE},$ 且

$I_{12}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ}){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中N_i(t_n)为适于主要探测快中子的所述材料的一同位素i在t_n时刻的同位素组成，且为同位素i的有效截面；且

$I_{21}\left(t_n\right)=\∪\left[\mathrm{\ψ}\left(t_n\right)\right]{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)s_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{22}\left(t_n\right)=\∪\left[\mathrm{\ψ}\left(t_n\right)\right]{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ})s_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中U[ψ(t_n)]为所述自给能中子探测器的一磨损函数，其被表列为适于主要探测热中子的材料在t_n时刻的热注量ψ(t_n)的一函数，且S_Rh(E)为所述自给能中子探测器的灵敏度。

根据本发明的一附加特征，所述热中子探测器为由铑或钒或银制成的一自给能中子探测器。

根据本发明的另一附加特征，所述快中子探测器为带有一阈值裂变沉淀物的一裂变室，例如，含有纯化到至少99.5％的钚Pu242的一裂变室。

根据本发明的另一附加特征，含有纯化到至少99.5％的钚Pu242的所述裂变室包括：

*一外壳，能够容纳一受压探测气体，且其壁允许所述中子穿过，

*一第一电极及一第二电极，它们彼此电绝缘，一电压可施加在此二者间，

*一裂变材料，包括纯化到至少99.5％的钚Pu242原子，沉淀在所述二电极中的至少一电极上，及

*一探测气体，封在所述受压外壳中，可通过裂变产物电离。

根据本发明的一附加特征，所述第一电子电路包括一数字方差计算处理器，所述数字方差计算处理器传输由所述快中子探测器所传输的信号的一数字方差形式的数字信号VR(t_n)。

根据本发明的另一附加特征，所述第二电子电路包括一数字方差计算处理器，所述数字方差计算处理器传输由所述热中子探测器所传输的信号的一数字方差形式的数字信号VT(t_n)。

根据的本发明另一附加特征，所述第二电子电路是一数字式电流-电压转换电路。

本发明的测量装置优先排除由于伽马辐射所致的信号的分量。在一辐射反应堆中进行的测试实际上显示出由一阈值裂变室所产生的电流平均值的一半以上可能是所述伽马辐射所造成的。在此情况下，建议所述裂变室在被称为“波动”或“坎贝尔”的模式下运行。此涉及由所述裂变室所产生的电流的方差而不是其平均值。由于所述伽马辐射的贡献量仅代表最多是所述方差的数个百分点，故此贡献量可被忽视。

依据本发明的较佳实施例(根据本发明的较佳实施例，所述伽马辐射的贡献量被忽略不计)，本发明的一特别有利的测量装置包括，例如，以下基本元件：

●一主要对快中子敏感的中子探测器，诸如，举例而言含有添加有4％氮气的氩气的一Pu242钚裂变室；

●一电子处理器，能够使由所述Pu242钚裂变室所传输的信号在波动模式下工作；

●一通过电缆与在波动模式下的使用兼容的连接，且此连接使所述Pu242钚裂变室与使用由所述裂变室所传输的信号的电子处理器连接(所述电缆的特征阻抗进而被调整以与所述电子处理器的输入阻抗相匹配)；

●一主要对热中子敏感的中子探测器，诸如，举例而言，自给能中子探测器(SPND为“Self Powered Neutron Detector”的缩写)或铀U235裂变室；

●PMM运算码(PMM是“测量建模程序(Process of Modelling ofMeasurement)”的缩写)；及

●一计算机。

附图说明

在参照附图阅读较佳实施例之后，可了解本发明的其它特征及优点，其中：

-图1A-1B描绘能够用于制造根据本发明的一测量装置的一裂变室的两个范例；

-图2描绘适于沉淀裂变材料到图1A及1B中所描绘的裂变室中的一装置；

-图3描绘根据本发明的一测量装置的一概要图；

-图4描绘说明图3所示的本发明的测量装置的运作的一时序图；

-图5描绘用在本发明的测量装置中的一特定电路的一概要图；

-图6说明源自通过连续的嬗变(热俘获)所形成的各种同位素的，对一Pu242钚裂变室的测量信号的贡献量；

在全部图式中，相同的参考数字标示相同的元件。

具体实施方式

上文已对图1A、1B及2做了描述。因此，不再重述。

图3描绘根据本发明的一快速超热中子流在线测量装置的一概要图，且图4显示在理解图3中所描绘的本发明的测量装置的运作时所使用的时序图。

所述装置包括用于测量快中子的一DNR探测器、用于调节与处理源自所述DNR探测器的信号的第一电子电路C1、用于热中子测量的一DNT探测器、用于调节与处理源自所述DNT探测器的信号的第二电子电路C2、一演化码CE、一运算码PMM及一计算机CALC。

所述DNR探测器传输一电流iR(t)且所述DNT探测器传输一电流iT(t)。电流iR(t)及iT(t)分别被传送到所述调节与处理电路C1及第二调节与处理电路C2，所述调节与处理电路C1及第二调节与处理电路C2分别传输在离散的时刻t_n的一数字信号VR(t_n)及一数字信号VT(t_n)。在下文中将明了的是，数字信号VR(t_n)较佳地为电流iR(t)的数字方差。然而，本发明涉及的数字信号除了所述电流方差之外，还涉及诸如，举例而言，所述电流的平均值。所述数字信号VR(t_n)及VT(t_n)被发送到所述计算机CALC。

所述计算机CALC根据所述数字信号VR(t_n)及VT(t_n)且根据所述演化码CE及所述运算码PMM所传输的数据在一选定的能量区间[E_min，E_max]上计算每一时刻t_n的至少一积分结果R_k(t_n)(k＝1，2，...，N_R)。指数k为从1变化到N_R的一当前指数，其中N_R代表在同一时刻t_n计算出来的积分结果的最大数目。

现在将描述所述结果R_k(t_n)的计算。

在每一时刻t_n，所述计算机CALC接收所述测量信号VR(t_n)及VT(t_n)且执行以下运算：

1)计算一快速超热中子流分量及一热中子流分量

使得：

2)使用以下方程式来计算至少一结果

其中量值m_k1及m_k2分别由以下方程式得出：

$m_{k1}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},$

$m_{k2}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,{\mathrm{\θ}}_0)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中Y_k(E)为由相关于能量支援[E_min，E_max]所定义的一响应函数且表示积分结果R_k(t_n)的特性。

作为一非限制性范例，对计算一快中子流而言，响应函数Y_k(E)与一能量支援[E_S，E_max]对应，其中能量E_S为一阈值，高于阈值，所述中子被视为快中子。阈值E_S可以等于，例如，100keV或1Mev。这得出：

对于E＞E_S，Y_k(E)＝1，且

对于E≤E_S，Y_k(E)＝0

两函数f₁(E)与f₂(E，θ)分别由以下方程式给出：

f₁(E)＝f_fiss(E)+α·f_epi(E)

f₂(E，θ)＝f_mxw(E，θ)

其中f_fiss(E)、f_epi(E)及f_mxw(E，θ)分别为所述中子流的裂变分量、所述中子流的超热分量及所述中子流的麦克斯韦分量。分量f_fiss(E)、f_epi(E)及f_mxw(E，θ)为本领域已知的量值。系数α为所述超热分量与所述裂变分量之间的一已知的比例系数。

如上所述，本发明涉及的响应函数Y_k(E)不同于上文所定义的响应函数。因此，响应函数Y_k(E)可以是在所述区间[E_min，E_max]内或等同于区间[E_min，E_max]的有用能带[E_a，E_b]的一识别函数。此得出：

若E_a＜E＜E_b，则Y_k(E)＝1，

否则，Y_k(E)＝0。

所述响应函数还可以是反应的一有效宏观截面∑_r(E)，诸如：

${\mathrm{\Σ}}_r\left(E\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^{\text{'}}\·{\mathrm{\σ}}_i^r\left(E\right),$

其中N_i’为一媒介中存在的一同位素i的原子数且

为所述媒介中的同位素i关于一反应r的一有效微观截面，使得R_k(t_n)为所述媒介中的反应r的速率。

有利地，在流动期间的数量N_i’的演化，可使用一演化码，例如用于计算所述裂变室的探测材料的同位素组成的演化码CE，及使用由所述测量系统确定的中子流

来计算。

在一般情况下，N_R次流量计算同时在同一时刻t_n进行，上述运算被写成矩阵的形式。忽略时间变量，则得出：

$\left(\begin{array}{c}{R}_1\\ ...\\ R_{N_R}\end{array}\right)=M\·H\·\left(\begin{array}{c}\mathrm{VR}\\ \mathrm{VT}\end{array}\right)$

$M=\left(\begin{array}{cc}{m}_{11}& m_{12}\\ ...& ...\\ m_{N_{R}1}& m_{N_{R}2}\end{array}\right)$ 且 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right]$

在初始化阶段，首先通过所述PMM计算出M及H矩阵，且接着在离散时刻T’_p，由所述PMM定期更新所述M及H矩阵，如下文所规定的。

初始的矩阵M与矩阵H被记为M₀与H₀。在更新时刻T_p’与T_p+1’之间，矩阵M与矩阵H被记为M_p与H_p。

所述PMM的功能是在所述中子流及所述探测器的物理模型的基础上，计算用于解译M及H测量值的矩阵。

1)初始化阶段

在首次测量时刻t₀之前，所述PMM执行以下操作：

1.1)矩阵M的计算

使用一数字积分算法来计算出m_k1及m_k2。这得出：

$m_{k1}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},k=1,...,N_R$

$m_{k2}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,{\mathrm{\θ}}_0)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},k=1,...,N_R$

慢化剂的温度θ₀是由用户输入的(假定其在整个实验过程中是恒定的)或当所述系统启动时被测量出来的。

如上文所规定的，Y_k(E)为响应函数，定义所选出的积分结果。回顾：

如上所述，两个函数f₁(E)与f₂(E，θ)由以下方程式给出：

f₁(E)＝f_fiss(E)+α·f_epi(E)

f₂(E，θ)＝f_mxw(E，θ)，

其中裂变分量f_fiss、超热分量f_epi及麦克斯韦分量f_mxw为本领域已知的量值。

作为一非限制性范例，所述裂变分量由能量决定，具有以下形式的函数：

$f_{\mathrm{fiss}}\left(E\right)={\mathrm{\κ}}_{\mathrm{fiss}}\·\exp (-\frac{E}{a})\·\sinh \left(\sqrt{\mathrm{bE}}\right),$

其中参数a与b由所述反应堆中所使用的燃料类型决定。

对于所述超热分量，此给出，例如：

其中，作为一非限制性范例：

E₀＝0eV；E₁＝0.2eV；E₂＝0.25MeV；E₃＝1MeV

最后，所述麦克斯韦分量写作，例如：

$f_{\mathrm{mxw}}(E,\mathrm{\θ})={\left(\frac{1}{\mathrm{K\θ}}\right)}^2\·E\·\exp (-\frac{E}{\mathrm{K\θ}}),$

其中K＝8.617343×10^-5eV/K(K为除以电子电荷的波尔兹曼常数)。

归一化系数K_fiss及K_epi是这样的：

1.2)H₀的计算

1.2.1 DNR及DNT探测器为裂变室的情况：

由指数j标示的一裂变室：

-j＝1，对应于用于探测所述快中子的裂变室(例如，Pu242室)，且

-j＝2，对应于用于探测所述热中子的裂变室(例如，U235室)。

步骤1：同位素组成的计算

输入数据由所述裂变室的沉淀物的初始同位素组成

(每一同位素i的原子数)所构成。在时刻

给出的此同位素组成是从所述裂变室的制造者所做的化学分析中获得的，或有利地，从在所述裂变室的一先前辐射中由PMM进行的计算获得。

具有了此输入数据，所述PMM还使用依赖取自(JEF、ENDF等类型的)标准库的核数据(有效截面、放射性衰变常数等)的所述演化码CE开始对一零中子流进行演化计算。

仅由一衰变计算(零流量)构成的此演化计算的结果为t₀时刻的沉淀物的同位素组成：

步骤2：裂变室对快中子的灵敏度及对热中子的灵敏度的计算

回顾一裂变室的灵敏度I_ji被定义为裂变速率RD_j与讨论中的所述中子流分量之比，即：

所述PMM计算所述裂变室对快中子的灵敏度系数及对热中子的灵敏度系数：

$I_{j1}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^j\left(t_0\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·{\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{j2}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^j\left(t_0\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(e,{\mathrm{\θ}}_0)\·{\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

慢化剂的温度θ₀是由用户输入的(假定在整个实验过程中其是恒定的)或当所述系统启动时被测量出来的。

相关于能量支援[E_min，E_max]所定义的输入数据

标示同位素i的有效裂变截面。其通常取自(JEF、ENDF等类型的)标准化核数据库。1.2.2 DNR探测器为一裂变室且DNT探测器为一自给能中子探测器(SPND)的情况

一自给能中子探测器与一裂变室的区别涉及一自给能中子探测器的固体探测材料中的自保护及自吸收现象不能如就一裂变室所作的那样被忽视的事实，其中裂变室的沉淀物极其薄(每单位面积的质量小于1mg/cm²)。则在流动期间的演化计算更为复杂且不能在线执行。因此，它们预先执行，且结果以依自给能中子探测器积分后的所述热注量而定的一磨损函数的形式制表，这将在下文中予以解释。

一自给能中子探测器，例如，铑(Rh)自给能中子探测器，以指数j标示。回顾一自给能中子探测器的灵敏度定义为俘获速率RD_j与讨论中的中子流分量之比，即：

在此情况下，输入数据为：

由所述自给能中子探测器积分后的初始热注量(所述热流的时间积分)。就一新自给能中子探测器而言，在时刻给出的此注量为零。在其它情况下，它是从先前使用所述自给能中子探测器(辐射)期间PMM所做的运算获得的；

-S_Rh(E)：所述SPND，例如铑Rh SPND，的灵敏度，考虑到有效俘获截面、发射体自保护及发射电子的自吸收(由一专家所做的计算)；

-U(Ψ)：磨损函数，表列为热注量Ψ的一函数(由一专家所做的计算，或来自实验经验的反馈)。

举例而言，书目参考目录[6]中提到的出版物中记载了S_Rh及U的计算。

所述PMM直接使用以下方程式来计算所述自给能中子探测器对快中子的灵敏度及对热中子的灵敏度：

$I_{j1}=U\left({\mathrm{\ψ}}_j\left(t_{\mathrm{ini}}^j\right)\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·S_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{j2}=U\left({\mathrm{\ψ}}_j\left(t_{\mathrm{ini}}^j\right)\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ})\·S_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

慢化剂的温度θ是由用户输入的(假定在整个实验过程中其是恒定的)或当所述系统启动时被测量出来的。

1.2.3)H₀的计算

所述PMM将一2x2矩阵反转：

$H_0={\left(\begin{array}{cc}{K}_1\·I_{11}& K_1\·I_{12}\\ K_2\·I_{21}& K_1\·I_{22}\end{array}\right)}^{-1}$

校准系数K_j为被传送到所述计算机的量值V_j与所述探测器j中的交互反应(裂变或俘获)率RD_j之比(V_j＝K_j·RD_j)。

2)M矩阵及H矩阵的更新

2.1)计算机CALC及PMM的时间同步

图4中说明计算机CALC及PMM的时间同步。

在记为T_p(参见图4中的T₀，T₁，T₂，T₃，...)的时刻，所述PMM启动一计算来更新M及H。

当所述计算终止时，所述PMM将记为M_p及H_p的新矩阵发送到所述计算机以令计算机使用它们来代替记为M_p-1及H_p-1的先前矩阵。

在时刻T’_p＞T_p，所述计算机将H_p及H_p纳入考虑。时间段(T’_p-T_p)可更改：只需要使所远择的该些时刻T_p符合T’_p＜T_p+1。

实际上，尽可能小的一恒定值ΔT_p＝(T_p-T_p-1)＝Q·dt被选出，它是由负责所述PMM的处理器所允许的运算性能的函数。可以想到PMM的其它排序标准，但是相比于我们已经选出的，它们并无特别的价值。

观察：虽然所述测量值在时刻T’_p附近是恒定的，但是解译矩阵的变换将一较小的跳变ε_p(参见图4中的ε₁，ε₂，ε₃)引入到所述结果中：

$\left(\begin{array}{c}{R}_1\\ ...\\ R_{N_R}\end{array}\right)=M\·H\·\begin{array}{}\end{array}\left(\begin{array}{c}\mathrm{VR}\\ \mathrm{VT}\end{array}\right)$

跳变ε_p实际上是对自T_p-1时刻的上一个PMM计算之后缓慢累加下来的灵敏度误差的补偿。若(T_p-T_p-1)足够短(实际上，只要在此时间间隔内由所述探测器积分的注量率足够低)，则此误差仍将可忽略不计。

2.2)平均测量值的计算

所述PMM使用测量值VR及VT来更新所述计算机所使用的解译矩阵M及H。若慢化剂的温度θ是被测量出来的，则它也在此过程中使用；否则，PMM使用由用户输入的温度，假定在所述探测器的整个辐射中由用户输入的温度是恒定的。

在时刻T_p-1与T_p之间，PMM将由计算机在每一时刻t_n发送给它的测量值VR、VT，可能还有θ累加起来，目的在于根据这些测量值来计算以下的平均值：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{VR}}\left(T_p\right)=\frac{1}{N_p}\underset{t_n=T_{p-1}}{\overset{T_p}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{VR}\left(t_n\right)$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{VT}}\left(T_p\right)=\frac{1}{N_p}\underset{t_n=T_{p-1}}{\overset{T_p}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{VT}\left(t_n\right)$

若θ是被测量出来的，则

若θ是输入的，则

N_p为在时刻T_p-1与T_p之间被发送到所述PMM的测量值的数目：

N_p≈(T_p-T_p-1)/dt

2.3)T_p时刻的平均中子流的计算

所述平均测量值是由所述PMM就像所述计算机一样，用矩阵H来解译。首先计算出：

随后由下式来计算平均中子流：

观察1：所述平均中子流用以计算H_p。因此，所述PMM使用H_p-1来计算H_p；这是一种迭代算法。

观察2：可以接受在以下步骤中使用所述平均中子流，因为假设两个PMM计算之间的时间间隔是尽可能短的。

2.4)矩阵M的更新

若所述温度θ是由用户输入的且假定它是恒定的，则什么都不需要做：M_p＝M₀。

若所述温度θ是测量出来的，只有M的第二列必须更新。对M₀，我们用

来代替θ₀：

$m_{k2}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}\left(T_p\right))\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},k=1,...,N_R$

2.5)矩阵H的更新

由于所述中子流不再是零，且演化运算必须考虑到所述中子与探测材料的交互作用，H_p的计算不同于H₀的计算。

2.5.1裂变室灵敏度的计算

由指数j标示的一裂变室(j＝1对应于DNR裂变室，且j＝2对应于DNT裂变室)。

步骤1：同位素组成的计算

输入数据为：

-所述裂变室的沉淀物在T_p-1时刻的同位素组成

(每一个同位素i的原子数)，是由所述PMM在所述初始化阶段中计算出来的，及

-平均中子流

利用此输入数据，所述PMM在中子流动期间还使用根据取自(JEF、ENDF等类型的)标准库的DN核数据(有效截面、放射性衰变常数等)的演化码CE进行一演化运算。

此演化运算的结果为在T_p时刻的沉淀物的同位素组成：

步骤2：裂变室对快中子的灵敏度及对热中子的灵敏度的计算

回顾一裂变室的灵敏度I_ji被定义为所述裂变速率与讨论中的所述中子流分量之比，即：

所述PMM可接着计算所述裂变室在T_p时刻对快中子的灵敏度系数及对热中子的灵敏度系数：

$I_{j1}\left(T_p\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^j\left(T_p\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·{\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{j2}\left(T_p\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^j\left(T_p\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}\left(T_p\right))\·{\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

相关于能量支援[E_min，E_max]而定义的输入数据

标示同位素i的有效裂变截面。其取自(JEF、ENDF等类型的)标准化核数据库。

2.5.2自给能中子探测器灵敏度的计算(在DNT探测器为一自给能中子探测器的情况下)

由指数j标示的一自给能中子探测器，例如铑(Rh)自给能中子探测器。

涉及两个步骤。

步骤1：由自给能中子探测器积分的热注量的计算

我们以一迭代方式进行：

且

ψ_j(T₀)＝ψ_j(t₀)

其中

是由

推导出来的热流，使用与计算函数S_Rh(E)及U(Ψ)中所使用的相同惯例。

实际操作上，完成计算函数S_Rh(E)及U(Ψ)的专家已定义了两个参数α₁及α₂，使得：

步骤2：自给能中子探测器对快中子的灵敏度及对热中子的灵敏度的计算

输入数据为：

-ψ_j(T_p)：由所述自给能中子探测器积分的热注量(所述热流的时间积分)；

-S_Rh(E)：所述自给能中子探测器，例如铑(Rh)自给能中子探测器的灵敏度，将有效俘获截面、发射体的自保护及发射电子的自吸收(由一专家所做的计算)纳入考虑范围。

-U(Ψ)：磨损函数，表列为热注量Ψ的一函数(由一专家所做的计算，或来自实验经验的反馈)。

所述PMM直接使用以下方程式来计算所述自给能中子探测器对快中子的灵敏度及对热中子的灵敏度：

$I_{j1}\left(T_p\right)=U\left({\mathrm{\ψ}}_j\left(T_p\right)\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·S_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{j2}\left(T_p\right)=U\left({\mathrm{\ψ}}_j\left(T_p\right)\right)\·{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}\left(T_p\right))\·S_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

2.5.3)H_p的计算

所述PMM将一2x2矩阵反转：

$H_p={\left(\begin{array}{cc}{K}_1\·I_{11}\left(T_p\right)& K_1\·I_{12}\left(T_p\right)\\ K_2\·I_{21}\left(T_p\right)& K_1\·I_{22}\left(T_p\right)\end{array}\right)}^{-1}$

校准系数K_j为被传送到所述计算机的量值V_j与所述探测器j中的交互反应(裂变或俘获)率RD_j之比(V_j＝K_j·RD_j)。

2.6)矩阵M及H的传输

所述PMM将所述矩阵M_p及H_p发送到所述计算机CALC，在时刻T’_p＞T_p取代解译矩阵M及H。

根据本发明的较佳实施例，DNR探测器为具有一阈值裂变沉淀物的一裂变室。此裂变室被描绘在，例如，图1A及1B中。所述阈值裂变沉淀物可以是如前述的钚Pu242沉淀物。所述阈值裂变沉淀物还可以是铀U238或镎Np237或可以是钍Th232沉淀物。在本发明的较佳实施例中，一连接电缆使所述DNR探测器连接于所述电路C1。此连接电缆同时用于使所述探测器电偏振及将所述裂变室所传输的信号发送到处理电路C1。所述电缆受到中子流作用的部分必须由一矿物绝缘体(氧化铝、氧化硅、镁)制成。所述电缆较佳地集成在所述探测器中，且其外径小于所述探测器的外径。此电缆还必须具有与裂变室处于波动模式下的运作兼容的电气特征，即：每单位长度的电容小，接近所述电子器件的输入阻抗(通常为50Ω)的特征阻抗及一小转移阻抗，以保证对寄生信号的强抗扰度。为此，外壳由不锈钢或因科镍合金制成的一铜导体及铜屏蔽被加以利用，以在所述反应堆中提供令人满意的机械特征。例如，对直径为3mm的一裂变室而言，所述电缆的直径，大体在2mm与2.2mm之间，且对直径为1.5mm的一裂变室而言，所述电缆的直径大致等于1.3mm(优化所述转移阻抗)。

图5描绘一概要图，详细显示根据本发明的较佳实施例的调节与处理电路C1。电路C1包括一前置放大器PA、一模拟/数字转换器CAN、一数字方差计算处理器VAR及一高压发生器HT。所述DNR探测器通过一电缆CAB连接到所述电路C1。前置放大器PA将其通过电缆CAB接收的电流iR(t)转换成一模拟电压Va(t)，所述模拟电压Va(t)被发送到模拟/数字转换器CAN。由高压产生器HT所传输的高压T通过前置放大器PA及电缆CAB中转，到所述DNR探测器。模拟/数字转换器CAN将模拟电压Va(t)以离散间隔t_n＝n·dt抽样(dt为抽样周期，通常dt＝1μs，且n为代表抽样时间序号的一整数)，转换成一数字电压V_n(t_n)，数字电压V_n(t_n)被发送到数字方差计算处理器VAR，数字方差计算处理器VAR产生数字方差VR(t_n)。

所述信号处理器较佳地使用以坎贝尔定理为基础的波动模式(参见参考书目[4])。此定理证明由一裂变室中的脉冲累积所产生的电信号有令人感兴趣的统计特性。实际上，此信号的平均值及方差均与入射中子流成比例，但是所述平均值还与每一个被探测中子在气体中所产生的平均电荷Q成比例，所述方差本身与此电荷的平方成比例。

在本领域一已知的方式中，当产生被关注的电流的平均值时，一裂变室在“电流模式”中运作。处于电流模式的一裂变室的灵敏度与Q成比例。由于一中子所产生的电荷通常高出由一伽马光子所产生的电荷的100倍，故这同样分别适用于对中子流及伽马流的相对灵敏度。此特性使所述裂变室转变为一中子探测器，中子探测器通常适合于在存在强伽马辐射的情况(在一反应堆内测量的一种典型情况)下测量中子。然而，在某些特定环境下，在电流模式中，对伽马辐射的排除可能并不充分：或因为伽马辐射非常强(尤其是在一辐射反应堆中)或因为对中子的灵敏度减小(这是Pu242裂变室的情沉，其对快中子的灵敏度比传统的U235裂变室对热中子的灵敏度小两个数量级)。然后“电流模式”信号必须通过减去由附近的没有裂变沉淀物(且因此只对伽马辐射敏感)的一裂变室所获得的信号来校正。必须用两个探测器获得所述中子流。

在此情况下，在“波动模式”中运作裂变室是一令人感兴趣的备选方案。由于灵敏度取决于数量Q²，故对伽马辐射的灵敏度将比就所述中子所观测到的灵敏度小约10,000倍。则即使是在相当艰难的环境下，利用单一的裂变室，也可以获得对所述伽马射线的充分有效的排除。对于钚Pu242裂变室，本专利申请的发明人已经发现，在一辐射反应堆中，伽马辐射的贡献量从电流模式中的约50％降至波动模式中的约0.6％。这就是本专利申请的发明人优先选择开发用于对信号作数字处理以在波动模式中操作腔室的电子器件的原因。

产生于所述裂变室的电信号，在放大及调节(前置放大器PA)之后，使用模拟-数字转换器CAN数字化。方差的计算进而使用例如FPGA(FPGA是“现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)”的缩写)型的一数字电子电路或使用一处理器以数字形式执行。

所述CAN电路以Fe＝1/dt的抽样频率对模拟信号Va(t)进行抽样，使其成为一数字信号VR(t_n)，其中t_n＝n·dt。频率Fe，例如，等于1MHz。数字信号Vn(t_n)接着通过数字处理器VAR进行处理。所述处理器VAR计算一持续时间T_h，在N个抽样样本的一滚动时帧上的数字方差VR(t_n)，使得：

T_h＝N dt

持续时间T_h等于，例如，100ms。这得出：

$\mathrm{VR}\left(t_n\right)=\frac{1}{N-1}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Vn}{(t_n-k\·\mathrm{dt})}^2$

由于数字方差VR(t_n)的带宽小于原始信号Vn(t_n)的带宽，故可抽取数字方差VR(t_n)(到一因子N)。因此，例如，每隔100ms，测量序列产生与入射中子流成比例的方差的一数字值。

使用一自给能中子探测器(SPND)，例如，铑自给能中子探测器，或使用一铀U235裂变室，来进行热中子测量，其同样较佳地在波动模式(排除伽马辐射)下运作。热中子的测量用来评估在中子流动期间所述裂变室的沉淀物的同位素组成的演化。实际上，在一强热中子流的作用下，裂变同位素通过钚Pu242的连续嬗变而形成，使得钚Pu242裂变室对所述热中子越来越敏感。图6说明，作为关于1E15n/cm²/s的热中子流及快中子流的一非限制性范例，总裂变率(图6中的曲线KS)及通过连续的嬗变而形成的各种同位素，即钚Pu242(图6中的曲线K1)、钚Pu241(图6中的曲线K2)、镅AM243(图6中的曲线K3)、锔CM244(图6中的曲线K4)及锔CM245(图6中的曲线K5)对总裂变率的贡献量。从约10²¹n/cm²的一热注量可以清楚地看出，通过连续嬗变而出现的裂变同位素有最大问题的是Cm245(曲线K5)。

依据本发明，若DNT探测器为一U235裂变室，则电子调节与处理电路C2(在诸图中未绘示)有利地等同于电路C1。若DNT热中子探测器为一自给能中子探测器，则电路C2为一数字式电流-电压转换电路。例如一数字电压表可提供此功能，其测量由所述自给能中子探测器所产生的电流所流经的一电阻(例如，10kΩ，1％)两端的压降。

书目参考目录

[1]D.Beretz等人：″French PWR Vessel Surveillance ProgramDosimetry Experience Feedback from More than a HundredCapsules″，反应堆剂量，ASTM STP 1398，西康舍霍肯(WestConshohocken)，PA，2000年。

[2]G.Bignan及J-C.Guyard：″Chambre àfission subminiature avecpassage étanche″[具有密闭通道的微型裂变室]，法国专利，注册号9414293，公开号2727526。

[3]Y.Kashchuk等人：″Monitoring the Fast Neutron Flux Densityand Fluence in a RBMK Core Using a Threshold Fission Chamberin a Screen-Absorber″，原子能，第98卷第4期(2005年)第249页。

[4]G.F.Knoll：″Radiation Detection and Measurement″第三版，John Wiley & Sons，1999年。

[5]A.Tsilanizara等人：DARWIN：″An evolution code system for alarge range of applications″，核科学技术期刊(J.Nucl.Sci.Technol.)37(2000)845。

[6]L.Vermeeren：″Absolute on-line in-pile measurement ofneutron fluxes using self-powered neutron detectors″，第五届国际研究堆燃料管理专题会议，欧洲核学会组织，亚琛，德国，2001年4月1日-3日。

Claims (20)

1.一种用于在一能量区间[E_min，E_max]上在线测量t_n时刻的一快速超热中子流的装置，其特征在于包括：

一快中子探测器(DNR)，包含适于主要探测快中子的材料；

一热中子探测器(DNT)，包含适于主要探测热中子的材料；

一第一电子电路(C1)，传输来自由所述快中子探测器在t_n时刻所传输的一探测信号的一数字信号VR(t_n)；

一第二电子电路(C2)，传输来自由所述热中子探测器在t_n时刻所传输的一探测信号的一第二数字信号VT(t_n)；

装置(PMM，CE)，能够确定t_n时刻所述快中子探测材料的同位素组成及所述热中子探测材料的同位素组成；

装置(PMM，CE)，能够根据所述同位素组成来确定所述快中子探测器在t_n时刻对所述快中子的渐进灵敏度I₁₁(t_n)，所述快中子探测器在t_n时刻对所述热中子的渐进灵敏度I₁₂(t_n)，所述热中子探测器在t_n时刻对所述热中子的渐进灵敏度I₂₁(t_n)及所述热中子探测器在t_n时刻对所述快中子的渐进灵敏度I₂₂(t_n)，装置(CALC)，用于根据以下方程组来计算t_n时刻的所述快速超热中子流

及一热中子流

及

其中KR及KT分别为用于校准所述快中子探测器的一系数及用于校准所述热中子探测器的一系数。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于还包括用于使用以下方程式来计算一总体中子流

的装置(CALC)：

其中

f₁(E)＝f_fiss(E)+αf_epi(E)，及

f₂(E，θ)＝f_mxw(E，θ)，

其中f_fiss(E)为所述中子流的一裂变分量，其中f_epi(E)为所述中子流的一超热分量，其中f_mxw(E，θ)为所述中子流的一麦克斯韦分量，且其中α为所述中子流的超热分量与所述中子流的裂变分量之间的一比例系数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括用于在t_n时刻，在所述区间[E_min，E_max]上计算Nr个积分结果的装置(CALC)，其中N_r为大于或等于1的一整数，其中一第k阶的积分结果(k＝1，2，...，N_r)由以下方程式得出：

其中

$m_{k1}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},$ 且

$m_{k2}={\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,{\mathrm{\θ}}_0)\·Y_k\left(E\right)\mathrm{dE},$ 其中

f₁(E)＝f_fiss(E)+αf_epi(E)，且

f₂(E，θ)＝f_mxw(E，θ)，

其中f_fiss(E)为所述中子流的一裂变分量，其中f_epi(E)为所述中子流的一超热分量，其中f_mxw(E，θ)为所述中子流的一麦克斯韦分量，且其中α为所述中子流的超热分量与所述中子流的裂变分量之间的一比例系数，且其中

Y_k(E)为表征第k阶的积分结果的特性的一响应函数。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其中所述响应函数Y_k(E)为与所述区间[E_min，E_max]一致或包括在所述区间[E_min，E_max]内的一有用能带[E_a，E_b]的一识别函数，使得：

若E_a＜E＜E_b，则Y_k(E)＝1

否则，Y_k(E)＝0

使得R_k(t_n)为能量介于E_a与E_b之间的中子流，即

5.根据权利要求3所述的测量装置，其中所述响应函数Y_k(E)为反应的一有效宏观截面∑_r(E)，使得：

${\mathrm{\Σ}}_r\left(E\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i^{\′}\·{\mathrm{\σ}}_i^r\left(E\right),$

其中N_i’为一媒介中存在的一同位素i的原子数且

为所述媒介中的同位素i关于一反应r的一有效微观截面，使得R_k(t_n)为所述媒介中的反应r的速率，即：

6.根据权利要求5所述的测量装置，其中所述反应r为一裂变或俘获或扩散或损害反应。

7.根据前面的权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，由于所述快中子探测器及所述热中子探测器为裂变室，故所述渐进灵敏度I₁₁(t_n)、I₁₂(t_n)、I₂₁(t_n)及I₂₂(t_n)分别写作：

$I_{11}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{12}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ}){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中N_i(t_n)为适于主要探测快中子的所述材料的一同位素i在t_n时刻的同位素组成，且

为同位素i的有效截面；且

$I_{21}\left(t_n\right)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{N}_j\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right){\mathrm{\σ}}_j^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{22}\left(t_n\right)=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{N}_j\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ}){\mathrm{\σ}}_j^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中N_j(t_n)为适于主要探测热中子的所述材料的一同位素j在t_n时刻的同位素组成，且

为同位素j的有效截面。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其中所述热中子探测器为含有铀U235的一裂变室。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的测量装置，其中，由于所述快中子探测器为一裂变室且所述热中子探测器为一自给能中子探测器(collectron)，故所述渐进灵敏度I₁₁(t_n)、I₁₂(t_n)、I₂₁(t_n)及I₂₂(t_n)分别写作：

$I_{11}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE},$ 及

$I_{12}\left(t_n\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i\left(t_n\right){\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ}){\mathrm{\σ}}_i^f\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中N_i(t_n)为适于主要探测快中子的所述材料的一同位素i在t_n时刻的同位素组成，且

为同位素i的有效截面；且

$I_{21}\left(t_n\right)=\∪\left[\mathrm{\ψ}\left(t_n\right)\right]{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_1\left(E\right)s_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

$I_{22}\left(t_n\right)=\∪\left[\mathrm{\ψ}\left(t_n\right)\right]{\∫}_{E_{\min }}^{E_{\max }}{f}_2(E,\mathrm{\θ})s_{\mathrm{Rh}}\left(E\right)\mathrm{dE}$

其中U[ψ(t_n)]为所述自给能中子探测器的一磨损函数，其被表列为适于主要探测热中子的材料在t_n时刻的热注量ψ(t_n)的一函数，且S_Rh(E)为所述自给能中子探测器的灵敏度。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其中所述热中子探测器为一铑或钒或银自给能中子探测器。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的测量装置，其中所述快中子探测器为带有一阈值裂变沉淀物的一裂变室。

12.根据权利要求11所述的测量装置，其中所述裂变室为含有纯化到至少99.5％的钚Pu242的一裂变室。

13.根据权利要求12所述的测量装置，其中含有纯化到至少99.5％的钚Pu242的所述裂变室包括：

一外壳(1，20)，能够容纳一受压探测气体，且其壁允许所述中子穿过，

一第一电极及一第二电极(21，26，120)，彼此电绝缘，可在此二者间施加一电压，

一裂变材料，包括纯化到至少99.5％的钚Pu242原子，沉淀在所述二电极中的至少一电极上，及

一探测气体，封在所述受压外壳中，可通过裂变产物电离。

14.根据权利要求13所述的测量装置，其中所述第一电极及第二电极中的任一者形成所述外壳的一部分，且其中所述电极进而被称为外部电极(1)及内部电极(2)。

15.根据权利要求14所述的测量装置，其中所述裂变材料(3)沉淀在所述内部电极的一壁上。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的测量装置，其中所述探测气体为添加有4％氮气的氩气。

17.根据权利要求11所述的测量装置，其中所述快中子探测器为含有镎Np237或铀U238或钍Th232的一裂变室。

18.根据前面的权利要求中的任一项所述的测量装置，其中所述第一电子电路(C1)包括一数字方差计算处理器，所述数字方差计算处理器传输由所述快中子探测器所传输的信号的一数字方差形式的数字信号VR(t_n)。

19.根据前面的权利要求中的任一项所述的测量装置，其中所述第二电子电路(C2)包括一数字方差计算处理器，所述数字方差计算处理器传输由所述热中子探测器所传输的信号的一数字方差形式的数字信号VT(t_n)。

20.根据权利要求1至18中任一项所述的测量装置，其中所述第二电子电路(C2)是一数字式电流-电压转换电路。

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