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新型亚纳秒有机闪烁纤维中子探测器丁楠;刘亚南;吴静;谢鸿志;陈亮【摘要】介绍了一种应用于脉冲中子时间谱测量的新型亚纳秒有机闪烁纤维中子探测器,叙述了这种中子灵敏型探测器的探测原理,详细阐述了探测器的结构设计及具体的制作工艺,并给出了达到的技术指标.同时报道了为制作探测器而研制的一种新型亚纳秒有机闪烁纤维,介绍了闪烁纤维的选材、制作及其时间响应特性.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2014(009)001【总页数】5页(P93-96,100)【关键词】有机闪烁纤维阵列;中子灵敏度;时间响应;中子探测器【作者】丁楠;刘亚南;吴静;谢鸿志;陈亮【作者单位】中国电子科技集团公司第八研究所,合肥230000;中国电子科技集团公司第八研究所,合肥230000;中国电子科技集团公司第八研究所,合肥230000;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024【正文语种】中文【中图分类】TL8120 引言脉冲中子辐射场是由脉冲中子、γ射线及电磁脉冲等组成的混合辐射场，具有强度大、动态范围宽、时间快等特点。
脉冲中子时间谱测量除要求探测器满足脉冲探测的基本要求外还需要解决以下几个突出难点：空间距离限制、γ射线干扰、散射本底等。
闪烁型探测器是辐射探测领域较为常见的一类探测器，工作在电流模式，可实现灵敏度调节，比较适合脉冲辐射场探测。
但是普通的闪烁型探测器不适合脉冲中子测量，因为其对γ射线的响应灵敏度强于对中子的响应灵敏度。
闪烁薄膜和有机闪烁纤维阵列中子探测器是用于脉冲中子测量的闪烁型探测器，它们优化了结构设计使探测器具有抑制γ射线干扰的能力，但其光电转换装置需要安置在闪烁体附近收集闪烁体发光，为了降低散射中子和γ射线对光电转换器的干扰，要对光电转换器进行严格的准直和屏蔽，受空间距离的限制使准直和屏蔽难以达到要求，故此类探测器也难以满足中子时间谱测量的要求。
因此，研制具有强抗电磁干扰能力、高n/γ灵敏度比值、低屏蔽要求、快时间响应的中子探测器是实现脉冲中子时间谱测量的重要内容。
4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度张小东;邱孟通;张建福;李宏云;欧阳晓平;张显鹏;张忠兵;陈亮;刘林月【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2012(024)005【摘要】The neutron sensitivity of a helium scintillation fission neutron detector was investigated through theoretical and experimental methods. The energy deposition of neutrons with different energy and fragments of fission targets with different thickness in helium scimillator was calculated based on Monte Carlo method. The energy deposition curves of neutrons and fragments are complementary to each other, so the total energy deposition curve is relatively flatter. The neutron sensitivity was calculated to be 10-15 C· cm2 level. The neutron sensitivity was measured and the theoretical results of neutron sensitivity are consistent with experimental results.%对4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度进行了理论和实验研究.采用蒙特卡罗方法模拟了不同能量中子和不同厚度裂变靶产生的裂变碎片在4He中的能量沉积,计算结果表明:中子在4He气中的能量沉积曲线和裂变碎片的能量沉积曲线能够互补,从而使探测器对中子的能量响应变得更平坦；探测器的中子灵敏度为10-15C·cm2量级.并对探测器的中子灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果较为一致.【总页数】4页(P1151-1154)【作者】张小东;邱孟通;张建福;李宏云;欧阳晓平;张显鹏;张忠兵;陈亮;刘林月【作者单位】西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024【正文语种】中文【中图分类】TL816【相关文献】1.高压4He气体闪烁体中子探测器的物理设计 [J], 范义奎;吴健;李正;代少丰;叶岑明;范晓强2.用于闪烁薄膜探测器灵敏度标定的中子屏蔽体设计 [J], 张显鹏;李宏云;张忠兵;张建福;张国光3.闪烁探测器中子灵敏度高精度标定技术 [J], 吴兴春;李如荣;彭太平;张建华;郭洪生4.4He闪烁裂变中子探测器时间响应 [J], 张小东;邱孟通;张建福;欧阳晓平;陈亮;刘金良5.基于SiC探测器的裂变靶探测系统中子灵敏度标定 [J], 张显鹏;张建福;易义成;刘金良;刘林月因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于6LiI（Eu）闪烁体的小型高效率中子探测器试制王强;罗小兵;曾军;刘艺琴;郑春【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2013(000)011【摘要】使用6 LiI（ Eu）闪烁体和光电二极管试制了中子探测器，该探测器尺寸为D25 mm ×20 mm，测量252 Cf中子源慢化后的中子，可以得到明显的热中子峰，其分辨率为约16．3％，热中子探测效率约95％。
【总页数】5页(P1323-1326,1361)【作者】王强;罗小兵;曾军;刘艺琴;郑春【作者单位】中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳621900; 四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室，四川成都610064; 中国工程物理研究院中子物理学重点实验室，四川绵阳621900;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室，四川成都610064;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳621900; 四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室，四川成都610064;四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室，四川成都610064;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳621900; 中国工程物理研究院中子物理学重点实验室，四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TL816+.3【相关文献】1.面向宇宙线成分和能谱测量的新型ZnS(Ag)闪烁体热中子探测器 [J], 刘茂元;黄其昌;姚佳东;申丰兆;马欣华;高启;崔树旺;李兵兵;贺亚运;单增罗布;陈天禄;周荣2.用于在线测量反应堆内热中子相对通量密度分布的闪烁体光纤探测器研究 [J], 李严严;张雪荧;张艳斌;刘锋;马飞;万波;葛红林;张宏斌;陈亮3.基于6LiF/ZnS(Ag)闪烁体波移光纤读出中子探测器模拟研究 [J], 吴冲;张强;张鹏;孙志嘉;唐彬;王拓4.塑料闪烁体探测器中子/伽马甄别能力研究 [J], 秦茜;李玮;焦听雨;李晓博;肖凯歌;李世垚;刘毅娜;王志强;刘蕴韬5.~6LiI（Eu）闪烁探测器的频谱粒子分辨 [J], 段绍节因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
㊀第44卷㊀第2期2024年㊀3月㊀辐㊀射㊀防㊀护Radiation㊀ProtectionVol.44㊀No.2㊀㊀Mar.2024㊃辐射防护监测㊃反应堆中子通量测量用裂变电离室探测装置研制邱顺利1,肖㊀伟1,董进诚1,葛孟团1,翟春荣2,汤仲鸣2,周宇琳1,曾㊀乐1,刘海峰1,孙光智1,程㊀辉1,石先武2,刘文臻2(1.武汉第二船舶设计研究所,武汉430205;2.国核自仪系统工程有限公司,上海200233)㊀摘㊀要:为建立一套用于反应堆中子通量测量的监测装置,以实现核电站堆外核测量系统测量要求,研制了一种长灵敏区㊁宽量程㊁高灵敏度和强γ抑制能力的裂变电离室探测装置㊂同时对该裂变电离室探测装置的热中子灵敏度㊁高压坪特性㊁甄别特性和γ感应度等典型核性能指标进行了试验验证㊂试验结果表明,该裂变电离室综合性能能够满足AP1000系列核电站堆外核测量系统中间量程测量通道的应用需求㊂关键词:中子通量测量;堆外核测系统;裂变电离室;高压坪特性;热中子灵敏度中图分类号:TL81文献标识码:A㊀㊀收稿日期:2022-12-19基金项目:大型先进压水堆及高温气冷堆核电站国家科技重大专项(2019ZX06002012)㊂作者简介:邱顺利(1992 ),男,2014年毕业于兰州大学核技术专业,2017年毕业于兰州大学核能与核技术工程专业,获硕士学位,工程师㊂E -mail:qsllzu2010@㊀㊀核电厂一般通过在反应堆压力容器周围布置若干个中子探测器来进行反应堆中子通量监测,进而推算出反应堆的实时功率,此即堆外核测系统㊂该系统将反应堆功率水平分为3个区段,即源量程㊁中间量程和功率量程,分别采用三种不同的热中子探测器,每两种相邻量程的探测器在测量范围上互为冗余㊂在三代核电如AP1000核电站中,裂变电离室用于堆外核测系统中间量程测量通道,用于监测反应堆10-6%RTP ~200%RTP(额定热功率)运行时的中子注量率[1-2]㊂裂变电离室具有测量范围宽㊁测量精度高㊁可靠性高㊁使用寿命长㊁具备事故后监测功能等优点㊂基于AP1000系列堆外核测系统中间量程测量通道工程应用需求,研制了一种裂变电离室探测装置,包括位于反应堆压力容器周围测量孔道内的裂变电离室探测器组件㊁位于安全壳内的四轴有机电缆㊁位于安全壳外的三轴有机电缆和位于辅助厂房的前置放大器,及其相关电缆连接器,用于反应堆正常运行工况和事故运行工况下的堆芯中子通量监测㊂1 裂变电离室探测器设计㊀㊀通常,裂变电离室包含一个收集极和一个高压极,收集极外壁和高压极内壁都镀有一层铀沉积层,即灵敏层㊂收集极和高压极为同轴圆柱形设置,在接近大气压的条件下用气体(常为氮氩混合物)填充其间的空间,并在两电极间施加电场㊂当中子在灵敏层引起裂变时,生成的裂变碎片很可能被弹射到气体中,引起气体电离㊂电离产生的电子和离子在电场的影响下向两极运动,并在收集极产生感生电荷,形成电流脉冲㊂裂变电离室结构如图1所示㊂图1中左侧表示两电极间裂变碎片沿着散射轨道电离气体产生的电子和离子漂移,空心圆和实心圆分别表示电子和离子,箭头显示它们分别漂移到相反的电极㊂铀层位于两个电极上,通常只有几微米厚,因为即使裂变碎片的能量很大,重离子通过致密铀化合物的范围也小于10μm㊂因此,尽管较厚的铀层会吸收更多的中子,但也导致大多数源自该铀层气体侧约8μm 以上的裂变碎片不会逃逸,因此其产生的影响没有机会被收集下来㊂最终,铀层厚度㊁裂变截面和灵敏区表面积都会限制裂变电离室的探测效率㊂由于裂变电离室在脉冲模式下具有一个更宽的脉冲频谱分布,导致其灵敏度范围可能较宽,最大灵敏度处于 α截止电压 U α,即α甄别特性曲线中计数率小于1时的甄别电压,裂变电离室最大中子计数灵敏度一般为0.6~0.8cm 2[1]㊂GB /T7164 2022规定,工作在脉冲模式下的裂变电离㊃431㊃邱顺利等:反应堆中子通量测量用裂变电离室探测装置研制㊀图1㊀裂变电离室结构原理图Fig.1㊀Schematic diagram of fission ionization chamber室推荐甄别电压为U n =1.1U α,因此,实际灵敏度比上述值更低㊂AP1000系列核电站对堆外核测系统裂变电离室的热中子灵敏度要求更高,需ȡ1.0cm 2,脉冲幅度需达到0.1pC 或者更高,增大了其设计难度㊂因此考虑从裂变电离室探测器的灵敏涂层厚度㊁工作气体和灵敏体积等关键因素出发进行裂变电离室结构设计㊂研究结果表明[3],探测器裂变材料的涂层厚度一般以不超过2mg /cm 2为宜㊂同时,铀膜的均匀性也是热中子灵敏度关键制约因素,故控制电极镀铀工艺至关重要㊂基于铀的自发衰变α粒子谱进行铀膜厚度定量测量[4]和铀与中子反应生成裂变碎片的量反推铀膜厚度的方法[5],搭建了一套灵敏涂层厚度分布测量装置,并对裂变电离室灵敏电极进行了抽样测量[6],其结果符合预期㊂采用在单原子分子气体中填充少量多原子分子气体的P10混合气体作为裂变电离室工作气体和增大灵敏电极面积的方式进一步增大其热中子灵敏度,如采用多电极结构㊁加长电极长度㊁在收集电极外表面和高压电极内表面均涂覆灵敏物质等㊂裂变电离室设计时,既要确保电离室对中子有足够高的灵敏度,又要控制电离室的电极结构,使绝大多数裂变碎片能完全沉积在灵敏腔体中,以获得足够高的脉冲输出㊂为了获得比较准确的理论值,需要对裂变碎片在裂变电离室中的运动径迹进行模拟计算㊂研究表明,热中子与235U 反应产生的裂变产物在填充气体中的射程,主要集中在9.5~10mm 之间,其中,质量较大的Cs 和Ba在10mm 附近,此即裂变电离室电极结构的较佳设计㊂此外,AP1000系列核电站堆外核测系统中间量程探测器耐事故环境要求较其他核电站更为苛刻,需经受4个月设计基准事故后化学/水淹浸没㊂探测器输出弱信号传输距离远,途经多个大型电机㊁阀门等大功率电气设备,同时距离其它系统的电缆较近,很容易受到干扰,在运核电站类似通道已出现多次闪发报警现象㊂为加强裂变电离室的抗干扰能力和耐恶劣环境性能,在常规同轴电离室结构外绝缘后增加外层承载结构,并设置减震结构㊁惰性氛围保护和多层密封防护,形成可靠的㊁耐受高温高压高湿强辐照环境的三同轴圆柱形全密封结构㊂综上,设计了一套长灵敏区(~900mm)㊁高压极内壁和收集极外壁均涂覆有高浓度裂变材料㊁外加密封保护承载体结构的裂变电离室,以满足AP1000电站堆外核测量系统中间量程探测器高灵敏度㊁宽测量范围㊁强抗干扰能力㊁耐受事故环境等要求㊂2㊀裂变电离室探测装置加工制造㊀㊀裂变电离室探测装置用于堆外核测量系统中间量程探测通道,主要包括裂变电离室探测器组件㊁电缆接线盒㊁前置放大器及其相关特殊电缆和连接器㊂裂变电离室探测器组件包括裂变电离室探测器㊁慢化体组件㊁延伸组件㊁安装支座组件和三同轴铠装电缆㊂探测器组件安装在反应堆外特定的钢衬孔道内,裂变电离室探测器输出与中子注量率呈正比的计数率或MSV (均方电压)信号(高中子注量率下,脉冲信号发生堆积重叠,产生直流电流分量,此时信号的相对均方根涨落值与采样时间内裂变反应发生次数的平方根成正比,利用坎贝尔法处理即可测量中子注量率[7]),经三同轴铠装电缆传输后在电缆接线箱内与高可靠四轴有机电缆连接,再经电气贯穿件输出至安全壳外的前置放大器进行计数率模式或MSV 信号处理,最后传送至核测仪表信号处理机柜的中间量程信号处理组件㊂裂变电离室探测装置组成结构如图2所示㊂㊃531㊃㊀辐射防护第44卷㊀第2期图2㊀裂变电离室探测装置测量结构示意图Fig.2㊀Structure diagram of fission ionization chamber detector2.1㊀探测器组件设计及制造㊀㊀裂变电离室探测器外依次装配慢化体和金属外壳,构成慢化体组件㊂慢化体完全覆盖裂变电离室灵敏区,并采用陶瓷绝缘材料将裂变电离室与金属外壳绝缘㊂工程安装时,慢化体组件由延伸组件和安装组件支撑,安装在探测器竖井内㊂各组件间采用连接结构件连接,并设置有便于快速对准的导向槽,以便于快速安装㊁拆卸㊂裂变电离室探测器组件的制造主要在于裂变电离室探测器的生产,按照相关标准工艺文件完成组装㊁铀膜镀覆㊁焊接㊁充气等关键工序,全程需在质量监督下完成㊂2.2㊀信号处理设计及制造㊀㊀裂变电离室探测装置的信号处理部分主要体现在前置放大器的设计㊂为了实现裂变电离室探测器跨越近9个量级的宽量程测量功能,前置放大器需工作在两种模式下:计数率模式和均方压(MSV)模式㊂低中子通量条件下,裂变电离室前置放大器将探测到的低通量中子脉冲信号进行初级放大并进行幅度甄别,滤除因γ辐射或射频干扰产生的脉冲信号,并将有效中子脉冲进行光电信号转换后,通过光纤传递给核测仪表信号处理机柜;高中子通量条件下,前置放大器将脉冲堆叠转换为电压有效值后输出均方电压信号,该模式可实现反应堆功率0.1%RTP ~200%RTP 的测量[1]㊂裂变电离室前置放大器电路主要由高压滤波㊁测试脉冲产生㊁一级放大及调节㊁二级放大㊁脉冲调理和MSV 处理电路组成,其原理框图如图3所示㊂通过脉冲调理电路可以将幅值低于阈值的脉冲过滤掉,并将幅值高于阈值的脉冲转换为光脉冲后通过光纤传递给核测仪表信号处理机柜㊂其次,当堆功率升高导致脉冲重叠时,通过MSV 处理电路将重叠的脉冲信号转换为与反应堆中子通量成正比的直流电平(均方电压)信号,传送至信号处理机柜后可实现堆功率的转化㊂此外,该前置放大器还设置了测试脉冲产生电路,由核测仪表信号处理机柜发送一测试使能信号后,可通过该电路产生的测试脉冲检测前置放大器功能的好坏㊂前置放大器采用一体化成型的铝合金箱体作为电路板封装盒体,采用全密封结构,便于电路板防潮㊁防霉隔离,并在盒体内部设置电磁屏蔽金属盒,用于封装前置放大电路板,降低外界干扰㊂前置放大器设计制造完成后,采用标准脉冲信号发生器输入模拟信号,验证前置放大器输出结果满足设计精度要求后,可与裂变电离室搭配进行核辐射性能试验㊂㊃631㊃邱顺利等:反应堆中子通量测量用裂变电离室探测装置研制㊀图3㊀前置放大电路原理图Fig.3㊀Schematic diagram of preamplifier circuit2.3㊀传输电缆制造㊀㊀裂变电离室探测装置信号传输电缆主要包括四同轴有机电缆㊁三同轴有机电缆及其配套接插件㊂三同轴电缆主要由中心导体㊁内外屏蔽层㊁绝缘层和外层护套等按照同一轴线加工制造而成,四同轴电缆在三同轴电缆基础上增加一导电屏蔽层㊂电缆制造按照标准生产工艺进行,需格外关注接插件与内外屏蔽层间的接触可靠性㊂3㊀裂变电离室探测装置测试3.1㊀热中子灵敏度试验㊀㊀热中子灵敏度是裂变电离室探测器的关键指标,本试验在中国计量科学研究院的热中子场㊀㊀㊀㊀㊀㊀参考辐射装置[8]上进行㊂该装置外场反射腔内参考中子注量率大于103cm -2㊃s -1,且具有较高的镉比(1433ʒ1)和较大的均匀区(70cm ˑ70cm),均匀性好于1%㊂对于本次灵敏区长度近900mm 的裂变电离室而言,封闭式反射腔内不具备试验条件,因此试验时将外场反射腔拉开,将待测裂变电离室置于反射腔与中子源均整透镜之间,并采用SP93He 探测器测试试验位置处的热中子注量率和均匀性,确保该处热中子场能够覆盖裂变电离室探测器灵敏区,保证试验的准确性㊂热中子场参考辐射装置如图4所示,该装置已经过CNAS 认证,认证报告编号:国基证(2002)第103号㊂图4㊀热中子场参考辐射装置示意图Fig.4㊀Schematic diagram of a thermal neutron radiation reference facility㊃731㊃㊀辐射防护第44卷㊀第2期㊀㊀裂变电离室探测器的热中子灵敏度采用比对法进行测试㊂将已知热中子灵敏度S m,u 的标准3He 计数管置于热中子场中,测量其输出计数率N m,u ,将待测裂变电离室置于同一位置,测量其输出计数率N m,s ㊂则待测裂变电离室探测器的热中子灵敏度可通过式(1)进行计算,试验结果列于表1㊂S m,s =S m,u ㊃N m,sN m,u(1)表1㊀裂变电离室热中子灵敏度测试结果Tab.1㊀Test results of thermal neutronsensitivity for fission ionization chamber3.2㊀高中子通量试验㊀㊀裂变电离室可测量的中子注量率可达1010cm -2㊃s -1以上,测量范围跨越数个数量级㊂因此,验证其关键核性能需在具备高中子通量试验条件的反应堆上进行㊂本次裂变电离室核性能试验在中国原子能科学研究院49-2游泳池式堆水平热柱孔道上进行,主要包括高压坪特性和甄别阈特性㊂热柱孔道深度约为3m,其热中子注量率与孔㊀㊀㊀㊀㊀道深度呈正相关分布㊂3200kW 功率下该热柱孔道内的中子注量率分布如图5所示㊂图5㊀原子能院49-2堆水平热柱孔道内中子注量率分布Fig.5㊀Distribution of neutron fluence rate inhorizontal channel of 49-2reactor3.2.1㊀高压坪特性㊀㊀裂变电离室高压坪特性测试布置如图6所示㊂将裂变电离室放置在49-2堆热柱孔道内,按照现场实际布线方式进行布线,信号经过前置放大器放大成形㊁处理后,由核测仪表信号处理机柜的信号测量装置读取数据㊂图6㊀裂变电离室高压坪特性试验布置图Fig.6㊀Layout of high voltage saturation characteristics test of fission ionization chamber㊀㊀将裂变电离室灵敏区中心置于距热柱孔道口约1.5m 处,反应堆功率稳定在约65kW,对应中子注量率约4.13ˑ106cm -2㊃s -1,测量裂变电离室计数率模式下的高压坪特性曲线,其试验结果如图7所示㊂由图7可知,裂变电离室计数率模式下的高压坪区范围为500~1000V,坪长ȡ500V,坪斜为1.98%/100VDC(直流电压)㊂将裂变电离室置于热柱孔道底部,并继续增大反应堆功率,使裂变电离室进入均方压(MSV)工作模式,直至反应堆满功率下(3200kW,对应中子注量率1.26ˑ1010cm -2㊃s -1),测试此时的裂变电离室MSV 模式高压坪特性,结果如图8所示㊂由其可知,裂变电离室MSV 模式下的高压坪区范围为500~1000V,坪长ȡ500V,坪斜为1.92%/100VDC㊂㊃831㊃邱顺利等:反应堆中子通量测量用裂变电离室探测装置研制㊀图7㊀裂变电离室计数率模式下高压坪特性试验结果Fig.7㊀Test results of high voltage saturationcharacteristics of the fission ionizationchamber at pulsemode图8㊀裂变电离室MSV 模式下高压坪特性试验结果Fig.8㊀Test results of high voltage saturation characteristicsof the fission ionization chamber at MSV mode3.2.2㊀甄别阈特性㊀㊀在无中子源和加工作高压时,测量裂变电离室计数率N 随甄别阈电压U 变化的曲线,得到裂变电离室的α甄别曲线㊂在有中子源和加工作高压时,测量裂变电离室计数率N 随甄别阈电压U 变化的曲线,得到裂变电离室的甄别阈曲线,作为裂变电离室特征曲线㊂裂变电离室甄别阈值曲线如图9所示,由测量曲线可得,该裂变电离室推荐甄别阈值U n =1.1U α=210mV [9]㊂3.3㊀γ感应度试验㊀㊀γ感应度在标准事故水平γ辐射试验装置上进行㊂试验时,将裂变电离室放置在标准γ辐射图9㊀裂变电离室甄别阈曲线Fig.9㊀The discrimination threshold curveof fission ionization chamber场下,施加工作电压,通过电流源表在探测器信号输出电缆端测量电离室输出的电流I o ,则裂变电离室的γ感应度S γ为:S γ=I oX㊃(2)式中,S γ为γ感应度,A ㊃Gy -1㊃h;I o 为输出电流,A;X ㊃为照射量率,Gy ㊃h -1㊂裂变电离室γ感应度测量结果如图10所示㊂经过计算,裂变电离室的γ感应度为S γ=7.57ˑ10-9A ㊃Gy -1㊃h㊂图10㊀裂变电离室γ感应度实验结果Fig.10㊀Test results of gamma sensitivityof fission ionization chamber3.4㊀试验小结㊀㊀表2列出了裂变电离室设计性能指标与工程应用指标的对比,可以看出该裂变电离室主要物理性能指标满足设计要求㊂㊃931㊃㊀辐射防护第44卷㊀第2期表2㊀裂变电离室性能指标Tab.2㊀Performance indicator fission ionization chamber4㊀结论㊀㊀结合AP1000系列核电站实际应用情况,搭建了一套适用于反应堆堆外核测量系统的裂变电离室探测装置,进行了裂变电离室探测器详细设计及探测装置加工制造,并结合国内现行试验条件和相关标准规定,对其进行了核性能试验验证㊂试验结果表明,该裂变电离室探测装置具有高压坪特性优㊁热中子灵敏度高和抗γ干扰能力强等特点,主要性能指标均能满足工程应用指标,可应用于AP1000系列反应堆堆外核测量系统中间量程测量通道,并可推广至其他电站反应堆堆外核测系统或船用核控系统㊂参考文献:[1]㊀杨天,陈科.AP1000电站堆外核测系统(NIS)中间量程(IR)的构成及信号处理特点详析[J].仪器仪表用户,2016,23(2):73-77.[2]㊀汤仲鸣,何文灏,李树成,等.AP1000与VVER1000堆外核测系统设计理念分析[J].核电子学与探测技术,2014,34(5):671-674.[3]㊀杨波.一种高灵敏度裂变室的研制[J].核电子学与探测技术,2012,32(5):587-589.[4]㊀王玫,温中伟,林菊芳,等.小型平板铀裂变电离室研制[J].核电子学与探测技术,2014,34(9):1128-1131.[5]㊀朱通华,刘荣,蒋励,等.裂变室镀层质量厚度的相对测量技术[J].核技术,2009,32(6):459-463.[6]㊀孙光智,任才,毛从吉,等.堆外核测量用裂变电离室铀膜均匀性研究[J].核技术,2019,42(9):090603.[7]㊀黄自平,钟明光,熊国华.基于坎贝尔定理的中子监测技术的研究[J].核电子学与探测技术,2013,33(9):1054-1056.[8]㊀杨竣凯,王平全,张辉,等.热中子参考辐射装置参数的实验测量[J].核技术,2021,44(11):62-68.[9]㊀北京核仪器厂.用于核反应堆的辐射探测器特性及其测试方法:GB/T7164 2004[S].北京:中国标准出版社,2004.Development of fission ionization chamber detector forreactor neutron flux measurementQIU Shunli1,XIAO Wei1,DONG Jincheng1,GE Mengtuan1,ZHAI Chunrong2,TANG Zhongming2, ZHOU Yulin1,ZENG Le1,LIU Haifeng1,SUN Guangzhi1,CHENG Hui1,SHI Xianwu2,LIU Wenzhen2(1.Wuhan Secondary Institute of Ships,Wuhan430205;2.State Nuclear Power Automation System Engineering Company,Shanghai200233) Abstract:In order to establish a monitoring device for reactor neutron flux measurement to meet the measurement requirements of ex-core nuclear measurement system,a fission ionization chamber detector with long sensitive region,wide range,high sensitivity and strongγ-suppression ability has been developed.At the same time,the thermal neutron sensitivity,high voltage plateau characteristic,screening threshold plateau characteristic andγsensitivity of the fission ionization chamber detector are tested and verified.The test results show that the comprehensive performance of the fission ionization chamber can meet the application requirements of the intermediate range measurement channel for ex-core nuclear measurement system of the AP1000series nuclear power plant.Key words:neutron flux measurement;nuclear instrumentation system;fission ionization chamber;high-voltage saturation characteristics;thermal neutron sensitivity㊃041㊃。
用于反应堆内相对中子通量密度在线测量的闪烁体光纤探测系统研制白召乐;周琦;杨中建;刘锋;朱庆福;陈宝维【摘要】为实现反应堆不同空间和能量的相对中子通量密度在线监测,本文研究开发了一套新型的用于狭小空间且位置灵敏的闪烁体中子探测系统.该套系统由5种探头、5路光子计数器、1台计算机及相应的软件组成.5种探头的主要构成物质分别为6LiF+ZnS(Ag)、232ThO2+ZnS(Ag)、238UO2+ZnS(Ag)、9Be+ZnS(Ag)以及BGO晶体,故可测量不同能量的相对中子通量密度.其中,掺有6LiF的探头用于热中子的测量,BGO探头用于γ测量,其余3种探头用于快中子的测量.利用该系统进行了启明星1#装置内热中子及快中子的相对通量密度分布测量,并将测量结果与利用蒙特卡罗方法得到的理论分布结果进行了比较.考虑到理论设置参数与实际实验参数的差别,可认为测量结果是可信的.%In order to on-line measure the relative neutron flux density for different space and energy in the reactor,a new scintillator fiber detect system was developed.The system consists of five kinds of detectors,five photon counters,a computer and the corresponding software.The main composition materials of five detectors are 6LiF+ZnS(Ag),232ThO2+ZnS(Ag),238UO2+ZnS(Ag),9Be+ZnS(Ag) and BGO crystal,so the different energy relative neutron flux densities can be detected.The detector doped with 6LiF is used for thermal neutron measuring.BGO detector is used for gamma ray measuring.And the other three kinds of detectors are used for fast neutron measuring.The system was used for thermal and fast neutron relative flux density distributions measuring in Venus 1# assembly.The measuring data were compared withthe data gotten by Monte-Carlo method.The measuring data are considered to be credible considering the difference between the theory parameters and the real experiment parameters.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2017(051)009【总页数】7页(P1658-1664)【关键词】闪烁体光纤探测器;相对中子通量密度;在线测量;蒙特卡罗方法【作者】白召乐;周琦;杨中建;刘锋;朱庆福;陈宝维【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,北京 100084;西藏自治区环境保护厅,西藏拉萨 850000;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部,北京102413;中国辐射防护研究院保健物理研究所,山西太原 030006;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部,北京 102413;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部,北京 102413;中国辐射防护研究院保健物理研究所,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】TL816.3反应堆中子学参数均是通过中子通量密度测量得到的，如反映反应堆某位置的辐射能力及中子能量大小的中子能谱、反映反应堆中子通量密度热点的不均匀系数等，均需通过测量中子通量密度得到。
中子探测器的设计与应用研究在现代科学技术的众多领域中，中子探测器扮演着至关重要的角色。
从基础科学研究到工业应用，从医疗诊断到国家安全，中子探测器的身影无处不在。
本文将深入探讨中子探测器的设计原理以及其广泛的应用领域。
中子是一种不带电的粒子，具有很强的穿透能力，这使得对其进行探测具有一定的挑战性。
为了有效地探测中子，科学家们设计了多种类型的探测器，每种都有其独特的工作原理和特点。
一种常见的中子探测器是基于气体的探测器，例如正比计数器和盖革计数器。
在正比计数器中，当中子与探测器内的气体原子发生碰撞时，会产生电离。
这些电离产生的电子在电场的作用下加速运动，引发进一步的电离，从而形成一个可测量的电脉冲信号。
盖革计数器的工作原理类似，但它产生的脉冲信号幅度较大，无法区分入射粒子的能量。
另一种重要的中子探测器是基于闪烁体的探测器。
闪烁体材料在吸收中子后会发出闪光，这些闪光通过光电倍增管等设备转换为电信号。
常见的闪烁体材料有有机晶体（如蒽）和无机晶体（如碘化钠）。
还有基于半导体材料的中子探测器，如硅和锗探测器。
半导体探测器具有高分辨率和良好的能量响应特性，但对制造工艺要求较高。
在中子探测器的设计中，需要考虑多个关键因素。
首先是探测器的灵敏度，即能够探测到的最小中子通量。
这取决于探测器的材料、尺寸和结构等因素。
其次是能量分辨率，它决定了探测器区分不同能量中子的能力。
探测器的时间响应特性也非常重要，对于需要快速测量的应用，如脉冲中子源实验，短的时间响应是必不可少的。
此外，探测器的稳定性和可靠性也是设计中需要重点关注的问题。
中子探测器在众多领域都有着广泛的应用。
在核科学研究中，它们被用于研究原子核的结构和反应机制。
通过测量中子与原子核相互作用产生的信号，可以深入了解原子核的性质和核反应的过程。
在工业领域，中子探测器可用于材料的无损检测。
例如，在航空航天和汽车工业中，检测金属部件内部的缺陷和结构变化，确保产品的质量和安全性。
国防科学技术大学2017年《核辐射探测》硕士考试大纲一、考试要求主要考查学生对辐射与物质相互作用基本规律的掌握；对放射性统计规律的掌握；对核物理实验结果进行误差分析基本方法的掌握；对常见三种类型探测器工作原理、输出信号特征、主要性能及应用范围的掌握；对核物理实验中常用测量方法的掌握；对中子基本性质及探测方法的掌握等。
二、考试内容1．辐射与物质的相互作用α、β、γ三种衰变的基本特点；放射性衰变的基本规律；重带电粒子能量损失bethe公式；射程的概念；快电子与物质的相互作用规律；轫致辐射；光电效应；康普顿散射；电子对效应；α、β、γ射线的衰减规律等。
2．辐射探测中的统计学二项式分布、泊松分布、高斯分布及三者之间的相互关系；期望、方差、相对方差等统计学中的数字表征；串级随机变量；串级随机变量期望及其平均值、相对方差的计算；误差传递公式；法诺分布；带电粒子电离过程的统计涨落等。
3．气体探测器平均电离能的概念；气体中电子和离子的运动规律；气体探测器工作模式与工作电压的关系；电离室的基本结构、信号形成过程及其涨落；电离室输出回路的等效电路；平板型电离室；圆柱型电离室；屏栅电离室；电子脉冲电离室；离子脉冲电离室；电流电离室；正比计数器工作原理；光子反馈的概念；离子反馈的概念；死时间的概念；死时间的修正；G-M计数管工作原理；常见气体探测器的主要性能指标等。
4．闪烁探测器闪烁探测器工作的物理过程；闪烁体分类；闪烁体的性能指标；光导的概念及应用；光电倍增管的结构及工作原理；光电倍增管的性能指标；光电倍增管的供电方式；闪烁探测器的电压工作状态；闪烁探测器的电流工作状态；输出信号的统计涨落；γ射线的能谱分析等。
5．半导体探测器半导体的基本性质；PN结的形成及其特征；PN结型半导体探测器；高纯锗探测器；PIN型探测器；半导体探测器的主要性能及其应用等。
6．核辐射测量方法放射性活度测量方法及其影响因素；相对测量方法；符合的概念；符合时间的概念；符合曲线的概念；符合测量系统；辐射成像测量原理等；7.中子及中子探测中子的基本性质；中子的分类；裂变中子源；加速器中子源；反应堆中子源；散裂中子源；反应截面的概念；中子的吸收与散射；中子的慢化；中子的探测方法及其应用范围；常见中子探测器及其特点；中子的屏蔽与防护等。
