CN104681106A - 一种高通量中子通道 - Google Patents

Abstract

一种高通量中子通道，在同等条件下可以从中子通道出口引出更多量的中子，它将现用的中子通道由圆柱形改变为圆台形状，并在中子通道周围添加了聚乙烯慢化层和石墨反射层。使中子通道引出口的中子通量提高80％以上；先添加石墨作反射层，使中子通量提高50％以上，然后将中子通道形状由圆柱形改变为圆台形状，使中子通量提高60％左右，再在中子通道和石墨反射层之间添加聚乙烯慢化层，使得中子先慢化再反射，最终使中子通量提高80％以上；因此同等活度的²⁵²Cf中子源在中子活化分析、辐照等实际应用方面可以从中子通道出口引出更多量的中子，不仅提高中子源经济效益，同时减少工作人员的操作时间和中子源对人体及环境的辐射。

Description

一种高通量中子通道

技术领域

本发明涉及一种用多种材料、多层结构提高中子通量的通道，用于中子活化分析以及中子照相，属于核技术应用，具体是一种高通量中子通道领域。

背景技术

²⁵²Cf中子源是实验中一种常见的中子源，属于自发裂变的中子源，其能谱比较接近于纯裂变能谱。目前，²⁵²Cf中子源在中子照相、中子活化分析、中子测水分、工业探伤、农业育种等实际应用中的装置多为圆柱形通道的混凝土结构。这样的通道及结构虽然可以对中子起到屏蔽作用，但其通道引出口的中子通量较低。对于中子利用率及中子源的使用效率较低，使得中子辐照时间长。因此，工作人员的操作时间就会相对较长。这样不仅无法使中子源产生相应的经济效益，同时中子源对人体和环境的造成辐射危害较大。这就会对装置的辐照屏蔽要求较高。这样将不利于中子源的安全使用，且操作人员的人身安全得不到最佳的保障。

发明内容

为了能使得同等活度的²⁵²Cf中子源在中子活化分析、辐照等实际应用方面可以产生更多量的中子，减少工作人员的操作时间，以及对人体和环境的辐射危害，本发明提供一种高通量中子通道，所要解决的技术问题是提高通道引出口的中子通量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

设计一种高通量中子通道，包括中子通道、聚乙烯慢化层、石墨反射层和混凝土屏蔽层。将现用的中子通道由圆柱形改变为圆台形状，并在中子通道周围添加了聚乙烯慢化层和石墨反射层。

²⁵²Cf中子源位于坐标轴原点，即中子通道下底面圆心，中子通道以y轴为轴线，内部真空；在中子通道周围和y轴负方向添加石墨反射层，由于石墨对中子具有良好的反射性，这样就可以反射大量沿着中子通道反方向及中子通道周围运行的中子，提高中子通道引出口的中子通量，且使中子通量提高 $51.49\%=$ $(\frac{3.124-2.062}{2.062}\×\%).$

将中子通道形状设为圆台形，中子通道引出口，即圆台形中子通道上底面的直径8.5cm保持不变，圆台形中子通道下底面直径大于上底面直径，紧挨y轴两边的两条线均为母线，母线与轴线的夹角为3-9度，中子通道长20cm，内部仍为真空。通过这样的设计使中子的反射角度发生改变，使更多的中子反射出引出口，进一步提高中子通道引出口的中子通量，使中子通量提高56％ $(=\frac{3.218-2.062}{2.062}\×\%).$

在中子通道和石墨反射层之间添加一层聚乙烯慢化层，聚乙烯慢化层共三部分，慢化层三是一个与中子通道同轴、同高、同角度的圆台壳；所述角度为母线与y轴的夹角，慢化层一是一个与中子通道同轴、同下底面、同角度的圆台；慢化层二是一个与中子通道同轴的圆柱体，其上底面与中子通道下底面处在同一平面上，即位于y轴负方向上，这样使得中子源被聚乙烯包裹，于是中子源发出的各向中子先经聚乙烯慢化，再由石墨反射，使中子通量提高81.75％ $(=\frac{3.749-2.062}{2.062}\×\%).$

在最外围添加混凝土屏蔽层，包围整个设计，以达到屏蔽保护之目的，使整个装置操作起来更加安全。

本发明的有益效果是：

使中子通道引出口的中子通量提高，这样就可以让同等活度的²⁵²Cf中子源在中子活化分析、辐照等实际应用方面可以产生更多量的中子，大幅提高中子源的经济效益，以及中子的利用效率和经济社会效应，更好的为军事和民用服务。同时减少工作人员的操作时间，减少中子源对人体和环境的辐射。为中子源的安全使用以及操作人员的人身安全提供了进一步的保障。优化后的中子通道不仅不影响原装置对中子的慢化和屏蔽，还可以提高中子通道引出口的中子通量，为中子源的安全使用以及操作人员的人身安全提供了进一步的保障。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行说明。

(各图中相同部分标号一致)

图1是本发明的实体示意图。

图2是本发明的剖面结构示意图。

图3是本发明中的中子通道剖面图。

图4是本发明中聚乙烯慢化层结构剖面图。

图5是本发明中石墨反射层结构剖面图。

图6是本发明中混凝土屏蔽层。

图中：1.中子通道，2.慢化层一，3.慢化层二，4.慢化层三，5.石墨反射层，6.混凝土屏蔽层。

具体实施方式

一种高通量中子通道，如图1-图6所示，由中子通道、聚乙烯慢化层、石墨反射层和混凝土屏蔽层构成。

中子通道：即中子通道引出口，分为上底面和下底面，中子通道设为圆台形，上底面的直径为8.5cm，且始终保持不变，下底面的直径大于上底面直径，中子通道的母线，即侧面上各个位置的直角梯形的腰线，中子通道的轴线，即中子通道上下两底面中心的连线，中子通道的母线与轴线之间的夹角为3-9度，中子通道长20cm，且内部为真空；以中子通道的轴线为y轴，中子通道引出口为y轴正方向，坐标原点为中子源，亦即中子通道下底面圆心。

聚乙烯慢化层：由三部分组成，慢化层一是一个与中子通道同轴、同下底面、同角度、高为1-2cm的圆台，所述角度为母线与y轴的夹角；慢化层二是一个与中子通道同轴、直径为15-30cm、高为1-5cm的圆柱体，其上底面与中子通道下底面在同一平面上，即在y轴负方向，慢化层三是一个与中子通道同轴、同高、同角度、厚为1-3cm的圆台壳，位于中子通道和石墨反射层之间，用于慢化快中子。

石墨反射层：是一个与中子通道同轴，直径为60-80cm，高为46-55cm的圆柱体(除去中子通道、聚乙烯慢化层所占的区域)，其上底面与中子通道上底面在同一平面上，位于聚乙烯慢化层和混凝土屏蔽层之间，用于反射沿y轴负向及中子通道周围传播的中子。

混凝土屏蔽层：是一个与中子通道同轴，直径为200cm，高为120cm的圆柱体(除去中子通道、聚乙烯慢化层、石墨反射层所占的区域)，其上底面与中子通道上底面在同一平面上，并无缝隙的包围着石墨反射层，且位于石墨反射层外部，用于屏蔽中子。

在图1-图6中，²⁵²Cf中子源为各向同性中子源，其发射的中子约有50％沿着y轴的负向传播，被石墨反射层反射后，有部分中子沿着y轴的正向传播；原来沿y轴正向传播的中子以及反射后沿y轴正向传播的中子，只有一部分能够直接到中子通道引出口，其它中子将被聚乙烯慢化层慢化，然后被石墨反射层反射，重复多次慢化、反射的过程，最终到达中子通道引出口，达到提高中子通道引出口中子通量的目的。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高通量中子通道，由中子通道，聚乙烯慢化层，石墨反射层，混凝土屏蔽层构成，其特征在于：将现用的中子通道由圆柱形改变为圆台形状，并在中子通道周围添加了聚乙烯慢化层和石墨反射层。

2.根据权利要求1所述一种高通量中子通道，其特征在于：所述中子通道，即中子通道引出口，分为上底面和下底面，中子通道设为圆台形，上底面的直径为8.5cm，且始终保持不变，下底面的直径大于上底面直径，中子通道的母线，即侧面上各个位置的直角梯形的腰线，中子通道的轴线，即中子通道上下两底面中心的连线，中子通道的母线与轴线之间的夹角为3-9度，中子通道长20cm，且内部为真空；以中子通道的轴线为y轴，中子通道引出口为y轴正方向，坐标原点为中子源，亦即中子通道下底面圆心。

3.根据权利要求1所述一种高通量中子通道，其特征在于：所述聚乙烯慢化层，由三部分组成，慢化层一是一个与中子通道同轴、同下底面、同角度、高为1-2cm的圆台，所述角度为母线与y轴的夹角；慢化层二是一个与中子通道同轴、直径为15-30cm、高为1-5cm的圆柱体，其上底面与中子通道下底面在同一平面上，即在y轴负方向，慢化层三是一个与中子通道同轴、同高、同角度、厚为1-3cm的圆台壳，位于中子通道和石墨反射层之间。

4.根据权利要求1所述一种高通量中子通道，其特征在于：所述石墨反射层，是一个与中子通道同轴，直径为60-80cm，高为46-55cm的圆柱体，其上底面与中子通道上底面在同一平面上，位于聚乙烯慢化层和混凝土屏蔽层之间。

5.根据权利要求1所述一种高通量中子通道，其特征在于：所述混凝土屏蔽层，是一个与中子通道同轴，直径为200cm，高为120cm的圆柱体，其上底面与中子通道上底面在同一平面上，并无缝隙的包围着石墨反射层，且位于石墨反射层外部。