中子計數器探測效率的校準

1、第21卷第4期2001年7月核電子學與探測技術NuclearElectronics&DetectionTechnology.21No.4VolJuly2001郭洪生,(919信箱212分箱621900)BF3長硼中子計數器,采用伴隨粒子法標定了其中子探測效率,約為3.17×10-4(18%)。利用這個中子探測器測量了中子管脈沖中子產額(107 pulse)。關鍵詞:脈沖中子;探測效率;BF3中子計數器中圖分類號:TL81文獻標識碼:A文章編號:025820934(2001)04202612032McTaggart所設計的計數器作為標準長計數0引言在我們的實際工作中,需對脈沖中

2、子發(fā)生器的中子產額進行測量,脈沖中子發(fā)生器的中子參數為:單管中子產額為So8×106n pulse,半寬度處的半波中子產額應滿足:4×10n .5×10n pulseS1 23pulse?？紤]到粒66器已得到相當普遍的承認。1探測效率探測效率為記錄到的中子數N與入射中子數No之比即:=No子測量中的統(tǒng)計起伏及核測試儀器中的死時間修正等問題,應用長硼中子計數器來測量這個中子發(fā)生器的中子產額是適宜的。長硼中子計數器是一種簡便而可靠的快中子探測器。它具有探測效率高,探測效率隨中子能量的變化緩慢(中子能量從10keV到大約3MeV計數管效率與中子能量變化可以忽略),以及易

3、于甄別射線本底等優(yōu)點。長硼中子計數管對快中子的靈敏度是很小的,但是可以通過把計數管放在中子慢化劑(如石蠟)內來提高計數管對快中子的靈敏度,即首先讓快中子在石蠟中減速而后1擴散到計數管靈敏區(qū)。Hanson等首先研制了這種慢化管裝置,他們提出用一個BF3管和圓柱形慢化體組合成一坪響應中子探測器,收稿日期:2001203229作者簡介:郭洪生(19612),男,福建人,中國工程物理研究院核物理與化學研究所副研,博士生,從事核輻射脈沖測量技術研究。(1)若沿計數管柱斷面射向計數管的中子數為No,則中子在BF3計數管中引起反應的數目N為:N=LPgA(2)式中:A-計數管柱斷面面積(cm2),A=2rl

4、,r-計數管陰極半徑(cm),l-計數管有效長度(cm);V-計數管有效體積(cm3),忽略陽極絲所占空間,則:V=r2l;L-單位氣壓下每單位體積中氣體的分子數,即羅西密德數L=2.7×31010cm;P-計數管充氣氣壓。所以,VLP為計數管中有效的BF3氣體分子數。-核反應截)7Li而言,=3990×10-面,對于10B(n,10242cm;g-硼元素中B同位素的質量分數;天然硼中,10B的質量分數為g=18.8%,濃縮硼中,10B的質量分數為g=95%。所以,探測效率=而261=NoALPg(3)=A2rl2(4)則=No定),用半導體探測器和相應的電子學系統(tǒng)測量由靶

5、上發(fā)射的粒子數,并歸一到單位時間的計數,然后經本底修正,閾損失修正,粒子計數系統(tǒng)的死時間損失修正得到絕對的粒子計數),由(6)式計算加速器聚變中子注量率。N(在我們的測量工作中并未定出長計數管對中子源的等效中心位置,實L時的等。:=NrLPg2(5)更精確的探測效率的實驗研究見文獻3,4。2長硼中子計數器探測效率的校準一般均應用已知源強的放射性源(如光中子源、Ra2a2Be源等)及利用測量粒子來絕對測定中子注量的T(d,n)4He管的效率。此外,測器,、我們采用加速器加速D2(或D)靶,由T(d,n)和D(d,3n)He反應產生的中子作為標準中子源,采用伴隨粒子法測量加速器D2T聚變中子注量率

6、來對探測器進行探測效率標定。伴隨粒子法就是通過探測T(d,n)反應伴隨的粒子來探測中子,把中子測量轉換為帶電粒子測量,是一種常用的14MeV中子注量率測量方法。在實驗中,通過測量方向發(fā)射的伴隨粒子,則距靶心R遠處n方向的加速器聚變中子注量率可由下式給出:(6)(R,(,n)=n)B2R8式中:(R,)-距靶心R遠處,方向的中子注量率(cm-2s-1);N()-單位時間單位立體角內發(fā)射的粒子數(s-1);R-中子探測器與靶心的距離(cm);8-探測器對靶心所張的立體角(sr);出射中子和入射D2離子間的n夾角(rad);-出射粒子和入射D2離子間的夾角(rad);B-出靶室中子的衰減因子,A(,

7、n)-各向異性因子,可表示為:A(,N)=(8)式中:Nc為長計數管扣除本底的凈計數;N為長計數管所在方向上單位立體角內的中子數。標定框圖如圖1所示。實驗中所用BF3管外徑27mm,厚0.5mm,充濃縮10B約95%,管子長度33cm,工作電壓為2600V,測得其探測效率約為3.17×10-4(1±18%),利用這個長硼中子計數器對1014型脈沖中子產生器的脈沖中子產額進行了測量,其產額約為1×107n pulse,總作用時間約為3s。測量結果表明,該長硼中子計數器能滿足我們的測量要求。3簡單討論長硼計數器作為中子注量率測量的一種探測器,具有工作簡單,操作簡便等特

8、點,作為對各種中子能量效率相同的計數器來測量中子注量率,長硼中子源計數器是較令人滿意的。影響探測器計數準確度的因素主要有以下兩點:(d )nd1-1-21 21 21 2(32 (Ed 1+Q)cos<n5)1 4圖1長硼中子計數器靈敏度標定框圖(7)3.1死時間修正式中:Ed產生T(d,n)反應的D2核平均動能(MeV);Q2T(d,n)反應的反應能Q值(MeV);<d-在質心系中粒子出射角(rad);<n-在質心系中中子出射角(rad)。)在特定的或90°角方向(通常選用135°和一定的立體角下(探測器至靶心的距離固262幾乎在所有探測器系統(tǒng)中,都存在

9、一個最小時限,兩個事件之間的時間間隔大于此時限才能被分辨開而記錄為兩個單獨的脈沖,這個最小時間間隔通常被稱為計數系統(tǒng)的死時間。死時間可能與計數器和電子學線路的分辨時間有關。往往死時間是未知的,因此必須直接測量出死時間。常見的方法是雙源法,根據兩個源各自的觀察計數率和組合的觀察計數率計算出死時間。一般長硼中子計數器的死時間約為微秒量級。3.2本底中子修正實驗室本底中子主要來自四周墻壁、周圍物體(如儀器支架等)的散射。可用屏蔽錐體測定房間本底中子的貢獻,測量時將中子源放在屏蔽錐體前面,使源、探測器中心與屏蔽錐體在同一軸線上,影內,20%。1HanA,etal.ANeutronDetectorHav

10、ingUniformSensitivityfrom10keVto3MeVJ.PhysRev,1947,72:673.2McTaggartM.AWRENR 59R.1958.A1 3FowlerI,etal.NeutronIonizationChambersJRevSciInstrum,1950,21:734.4SampsonT,etal.AnabsolutemeasurementoftheefficiencyofaBF3pro2portionalterJ,NuclInstrumMethods,1971,95:5EN.Fast.Part1,New:InPub361.A.andrationofan

11、AbsoluterR.AERENP R21667,1955.CalibrationofdetectorefficiencyofneutrondetectorGUOHong2sheng,HEXi2jun,XURong2kun,PENGTai2ping(InstituteofNuclearPhysicsandChemistry,CAEP,MianyangofSichuanProv.621900,China)Abstract:BF3neutrondetectorhasbeensetup,Detectorefficiencyiscalibratedbyassociatedparticletechnique.Iti