CN107884808A - 一种高通量氘‑氚中子发生器中子产额的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通量氘‑氚中子发生器中子产额的测量方法，准备双裂变电离室，电离室内放置2片²³⁸U靶片；将裂变电离室放置在强流D‑T中子源的中子场中，开机辐照，中子场中快中子与²³⁸U靶片发生反应，裂变碎片使工作气体电离；收集电离过程中形成的脉冲信号，将信号传给外部的脉冲输出记录谱仪；计算得到中子产额。本发明的有益效果是可用于10¹³n/s以上强流氘‑氚(D‑T)中子发生器的中子产额测量。

Description

一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法

技术领域

本发明属于中子应用技术领域，涉及一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法。

背景技术

强流氘-氚聚变反应中子发生器是重要的单能加速器中子源，可以提供高通量的14MeV单能中子，广泛应用于核数据测量、核能基础研究、国防基础研究及核技术应用等领域。国内外的科研机构都在研发高产额的强流D-T/D-D中子发生器，目前美国和俄罗斯研发的中子发生器D-T中子产额均达到了10¹³n/s水平，国内最高为兰州大学的3.3×10¹²n/s，多家科研院所也在开展相关研制工作。

测量高通量强流氘-氚(D-T)中子发生器中子产额的方法主要有伴随α粒子法，反冲质子法和裂变电离室法等。对于高达10¹³n/s的中子产额一般都需要旋转大靶，伴随α粒子法由于需要固定准直管道将不能使用；国际上普遍采用的反冲质子望远镜由于对γ敏感，需要较庞大的屏蔽和真空系统同时需采用符合测量方法，成本高效率低；铀同位素裂变电离室测量装置简单，精度较高，并且对γ射线不灵敏，使用较为广泛。但是国内现有技术都是针对10¹²n/s及以下中子产额所开发的小型单²³⁸U气体裂变室，不能直接用于10¹³n/s以上强流氘-氚(D-T)中子发生器的中子产额测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法，解决了目前国内的裂变电离室不能直接用于10¹³n/s以上强流氘-氚(D-T)中子发生器的中子产额测量的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：准备双裂变电离室，电离室内放置2片²³⁸U靶片；

步骤2：将裂变电离室放置在强流D-T中子源的中子场中，开机辐照，中子场中快中子与²³⁸U靶片发生反应，裂变碎片使工作气体电离；

步骤3：收集电离过程中形成的脉冲信号，将信号传给外部的脉冲输出记录谱仪；

步骤4：计算得到中子产额。

进一步，双裂变电离室为圆柱体。

进一步，双裂变电离室外壳为无氧铜。

进一步，2片²³⁸U靶片由3个收集极间隔开。

进一步，中子产额计算方法如下：

根据D-T快中子与U同位素²³⁸U作用发生反应产生的裂变碎片在气体中产的脉冲信号来确定反应数目，从而结合已有裂变截面值反推得到入射到电离室有效面积上的中子数目，进一步计算得到强流D-T中子发生器的中子产额：

其中Ф活性区中子注量，i＝238,N_f为测量到的裂变数，N_A为阿佛加德罗常数，σ_i裂变截面，m_i为摩尔质量，则中子产额为：

Y＝4π×R²×K×Ф

其中Y中子产额，K为修正系数，R为裂变室中心距离中子源的距离。

本发明的有益效果是可用于10¹³n/s以上强流氘-氚(D-T)中子发生器的中子产额测量。

附图说明

图1是裂变电离室外部结构示意图；

图2是裂变电离室内部结构示意图。

图中，1.圆柱状壳体，2.进气口，3.出气口，4.绝缘柱，5.收集极，6.²³⁸U靶片，7.信号出口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法如下：

(1)如图1和图2所示，双裂变电离室采用圆柱状外壳1，由无氧铜制作，将工作气体通过进气口2充进电离室，气体由出气口3排出，保持一定流量；

(2)在裂变室内放置绝缘柱4，收集极5和²³⁸U靶片6安装在绝缘柱4上。

(3)调试电子学系统，连接好脉冲输出记录谱仪；

(4)将裂变电离室放置在强流D-T中子源的中子场中，开机辐照，中子场中快中子与²³⁸U靶片6发生反应产生裂变碎片，裂变碎片使工作气体电离；

(5)收集极5收集电离过程中形成的脉冲信号，高压引线穿过信号出口7将信号传给外部的脉冲输出记录谱仪。

(6)计算得到中子产额。

根据D-T快中子与U同位素²³⁸U作用发生反应产生的裂变碎片在气体中产的脉冲信号来确定反应数目，从而结合已有裂变截面值反推得到入射到电离室有效面积上的中子数目，进一步计算得到强流D-T中子发生器的中子产额：

其中Ф活性区中子注量，i＝238,N_f为测量到的裂变数，N_A为阿佛加德罗常数，σ_i裂变截面，m_i为摩尔质量，

则中子产额为：

Y＝4π×R²×K×Ф

其中Y中子产额，K为修正系数，R为裂变室中心距离中子源的距离。

本发明优点还在于能够测量10¹³n/s以上的D-T中子源产额，信号稳定，测量结果精确。²³⁸U靶片的镀膜面积及电离室直径大，裂变率高，更适合高通量的中子测量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：准备双裂变电离室，电离室内放置2片²³⁸U靶片；

步骤2：将裂变电离室放置在强流D-T中子源的中子场中，开机辐照，中子场中快中子与²³⁸U靶片发生反应，裂变碎片使工作气体电离；

步骤3：收集电离过程中形成的脉冲信号，将信号传给外部的脉冲输出记录谱仪；

步骤4：计算得到中子产额。

2.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法，其特征在于：所述双裂变电离室为圆柱体。

3.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法，其特征在于：所述双裂变电离室外壳为无氧铜。

4.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法，其特征在于：所述2片²³⁸U靶片由3个收集极间隔开。

5.按照权利要求1所述一种高通量氘-氚中子发生器中子产额的测量方法，其特征在于：所述中子产额计算方法如下：

根据D-T快中子与U同位素²³⁸U作用发生反应产生的裂变碎片在气体中产的脉冲信号来确定反应数目，从而结合已有裂变截面值反推得到入射到电离室有效面积上的中子数目，进一步计算得到强流D-T中子发生器的中子产额：

<mrow> <mi>&amp;Phi;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>f</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;Sigma;&amp;sigma;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中Ф活性区中子注量，i＝238,N_f为测量到的裂变数，N_A为阿佛加德罗常数，σ_i裂变截面，m_i为摩尔质量，则中子产额为：

Y＝4π×R²×K×Ф

其中Y中子产额，K为修正系数，R为裂变室中心距离中子源的距离。