CN102928867A

CN102928867A - 补偿型中子剂量仪

Info

Publication number: CN102928867A
Application number: CN2012104048246A
Authority: CN
Inventors: 李桃生; 杨国召; 颜强; 宫存溃; 刘琼瑶; 王庆宇; 彭帮保
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Nanhai Innovation And Development Base Of Sanya Harbin Engineering University
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102928867B

Abstract

本发明的目的在于提供补偿型中子剂量仪，包括包装层、慢化球体、重金属层，慢化球体设置在包装层里，慢化球体与包装层之间设置中子裂变增殖层，重金属层设置在慢化球体里，重金属层里安装计数器，慢化球体沿径向设置空气棒。本发明既能使热能区中子注量响应得到提高，又能使中能区中子注量响应得到减少，还能对中子辐射场中的伴随γ射线进行屏蔽。

Description

补偿型中子剂量仪

技术领域

本发明涉及的是核工程及辐射防护领域中的中子注量率测量装置。

背景技术

中子注量率测量在核技术应用的诸多领域中具有重要地位；例如：核反应堆堆芯功率监测与堆芯设计参数验证，核素中子核反应截面的测量，及标准中子辐射场参数的测量等。现行的中子注量率仪（测量装置）包括：长中子计数器，裂变电离室，多球谱仪及塑料闪烁体探测器等。

上述的中子注量率仪大多数采用热中子灵敏的计数器，如BF₃正比计数器、³He正比计数器和⁶Li玻璃探测器等，该类型计数器与中子反应截面满足1／v规律，当该计数器直接用于中子注量率测量时，因为计数器的注量能量响应很差，无法满足在较宽的能量范围内的中子探测效率基本恒定的假设。为此，人们设计了慢化型的中子注量测量方法，如长中子计数器采用石蜡或聚乙烯做慢化体，虽然其中子注量响应较为理想，但其体积大，质量重，不便携带；为屏蔽辐射场所散射中子对测量的影响，在慢化体中加入圆柱状含B塑料吸收层，则被测中子只能从探测器端面进入探测器灵敏体积；因而，该探测器指向性很强。裂变电离室主要应用于反应堆功率量程中子注量率测量，是一种高中子注量率测量仪器；它时间响应快，可连续测量，但其灵敏度随中子积分通量的增加而降低，长时间使用需要校准。多球谱仪是由多个直径不同的聚乙烯慢化球组成，它能够很好地测量辐射场所的中子能谱；但其测量结果依赖于多球响应函数的确定，后续的数据处理也十分复杂；同时该仪器相对笨重，不便携带。⁶Li玻璃闪烁体探测器主要利用核反应⁶Li(n,α)T探测中子，由于⁶Li中子核反应截面的限制，⁶Li玻璃闪烁体探测器探测中子的能量范围≤5MeV。此外，也有用塑料闪烁体晶体测量中子注量率的，一方面，该类型只能用于快中子的注量测量，另一方面，受到辐射场中的γ射线干扰，进行中子注量率测量时存在n-γ甄别问题。

发明内容

本发明的目的在于提供使用方便、重量轻、角响应好、抗γ、X射线能力强的补偿型中子剂量仪。

本发明的目的是这样实现的：

本发明补偿型中子剂量仪，其特征是：包括包装层、慢化球体、重金属层，慢化球体设置在包装层里，慢化球体与包装层之间设置中子裂变增殖层，重金属层设置在慢化球体里，重金属层里安装计数器，慢化球体沿径向设置空气棒。

本发明还可以包括：

1、所述的中子裂变增殖层的材料包括铀、钍或钚其中之一或其组合，其中铀优选富度为0.72%-10.0%的铀-235，中子裂变增殖层的形状为球壳型，厚度在0.05-0.5cm之间。

2、重金属层的材料包括铅、铜、钨、钽、金或铂其中之一或其组合，重金属层的形状为球壳型，厚度在0.2-1.5cm之间。

3、所述的计数器为³He正比计数器或BF3正比计数器、热释光对计数器、“夹层”式半导体计数器、锂玻璃计数器，优选为³He正比计数器。

4、所述的慢化球体的材料为富含氢材料，优选聚乙烯材料。

5、所述的空气棒位于中子裂变增殖层和重金属层之间且立体均匀分布，空气棒的形状为圆柱体，直径在0.2-1.5cm之间。

6、包装层为球形，其外径范围为12-32cm之间。

本发明的优势在于：本发明既能使热能区中子注量响应得到提高，又能使中能区中子注量响应得到减少，还能对中子辐射场中的伴随γ射线进行屏蔽。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的AA示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明包括包装层1和计数器5之间有中子裂变性增值层2、重金属层4和慢化球体6，慢化球体6沿径向有一定数量的空气棒3。其特征是：探头的外径变化范围是在12-32cm之间。

计数器5外层有重金属层4，是指对高能中子具有较高的(n,xn)核反应截面的金属，是铅、铜、钨、钽、金或铂中的一种。重金属层4的厚度在0.2-1.5cm之间，优先考虑形状是球壳状。

重金属层4优先考虑铅材料，它具有较好的屏蔽X、γ射线能力。

计数器5外层有裂变中子增殖层2，是由对热能区和高能区的中子具有较大裂变核反应截面的材料组成，是铀、钍或钚中的一种。所述的增殖层的厚度在0.05-0.5cm之间，优先考虑形状是球壳状。

增殖层2优先考虑天然铀或具有一定富集度的铀材料。

慢化球体6是由含丰富的氢材料加工而成，对中子有较好的慢化效果，所述的含丰富的氢材料是聚乙烯材料。

慢化球体6沿径向分布有一定数量的空气棒3，是指以计数器为几何中心等立体角均匀分布在慢化球体中，空气棒3位于包装层1和计数器5之间。

空气棒3优先考虑形状是圆柱体，圆柱体的直径在0.2-1.5cm之间，空气棒3的数量为20-50个。

计数器5是采用热中子灵敏的BF₃正比计数器、或³He正比计数器、或热释光对探测器器、或“夹层”式半导体计数器或锂玻璃计数器等，优先考虑球形³He正比计数器。

包装层1具有保护功能，具有较好的机械性能、不易破损、耐磨的材料，优先考虑不锈钢。

本发明包装体外径在12-32cm之间均可。这种慢化型中子注量仪在热能区和高能区的中子注量响应偏低，添加裂变中子增殖层的目是通过热能区中子的²³⁵U(n,f)核裂变反应和高能区快中子的²³⁸U(n,f)核裂变反应产生更多的中子，分别补偿热中子在慢化过程的消耗和快中子的逃逸，使这两个能区的中子注量响应得到提高。另一方面，考虑到中能区中子经过慢化体时得到较好的慢化，有较多的热化中子到达探测器灵敏区域，呈现出中能中子注量响应过高。因此，为了削弱慢化体对中能中子的慢化能力，并提高热中子在慢化体中的穿透能力，采用沿慢化体径向分布空气棒的措施；这样既能使热能区中子注量响应得到提高，又能使中能区中子注量响应得到减少。但这一措施也有不利因素，即高能区中子注量响应也得到减弱，为此，利用重金属在高能区具有较高的(n，xn)核反应截面的特性，在慢化体中添加重金属层，使高能区中子注量响应得到一定的补偿。同时，这种设计还能对中子辐射场中的伴随γ射线进行屏蔽。

Claims

1.补偿型中子剂量仪，其特征是：包括包装层、慢化球体、重金属层，慢化球体设置在包装层里，慢化球体与包装层之间设置中子裂变增殖层，重金属层设置在慢化球体里，重金属层里安装计数器，慢化球体沿径向设置空气棒。

2.根据权利要求1所述的补偿型中子剂量仪，其特征是：所述的中子裂变增殖层的材料包括铀、钍或钚其中之一或其组合，其中铀优选富度为0.72%-10.0%的铀-235，中子裂变增殖层的形状为球壳型，厚度在0.05-0.5cm之间。

3.根据权利要求2所述的补偿型中子剂量仪，其特征是：重金属层的材料包括铅、铜、钨、钽、金或铂其中之一或其组合，重金属层的形状为球壳型，厚度在0.2-1.5cm之间。

4.根据权利要求3所述的补偿型中子剂量仪，其特征是：所述的计数器为³He正比计数器或BF₃正比计数器、热释光对计数器、“夹层”式半导体计数器、锂玻璃计数器，优选为³He正比计数器。

5.根据权利要求4所述的补偿型中子剂量仪，其特征是：所述的慢化球体的材料为富含氢材料，优选聚乙烯材料。

6.根据权利要求5所述的补偿型中子剂量仪，其特征是：所述的空气棒位于中子裂变增殖层和重金属层之间且立体均匀分布，空气棒的形状为圆柱体，直径在0.2-1.5cm之间。

7.根据权利要求6所述的补偿型中子剂量仪，其特征是：包装层为球形，其外径范围为12-32cm之间。