文档介绍：南华大学
硕士学位论文
用于钚探查的高灵敏裂变中子测量技术研究
姓名:王茂枝
申请学位级别:硕士
专业:辐射防护及环境保护
指导教师:周剑良;陈凌
20070501
摘要
随着核材料的使用及其非法交易活动的日益增多,寻找和定位隐藏核材料成为一
个亟待解决的问题。钚是其中最危险的材料之一,主要发射弱贯穿性的α粒子和 x
射线,不易被探测;但其偶质量数同位素,主要是 240Pu,发射的少量裂变中子是强
贯穿性的,甚至通过较厚的铅或混凝土屏蔽层也能被探测到。但目前大多数中子探测
器都是为测量剂量率而设计的,其慢化体、吸收材料、探测器布局等对于裂变中子测
量而言往往不是最佳的。
因此,开展用于钚探查的高灵敏裂变中子测量技术研究是本论文课题的主要任
务。
本文所要设计的探测器主要用于 240Pu 自发裂变中子测量,而钚材料中通常含有
较少量的 240Pu,50 克军用钚材料在 1 米处每平方厘米面积上每秒只发射 -
个中子,并且 240Pu 能量范围宽,包括热中子到快中子整个范围。因此要求所设计的
探测器具有高灵敏度和宽能量响应范围。
本论文分四部分介绍了用于钚探查的高灵敏裂变中子监测仪的研制方案。第一部
分介绍了研制用于钚探查的高灵敏裂变中子侦测仪的意义及目前中子探测器的发展
与现状,提出了研究目标及研究方法。第二部分用 MCNP 程序计算了探头的有关参
数,如计数管的尺寸及充气压、慢化体厚度和镉片吸收体厚度,也计算了探头对 240Pu、
锎源和镅铍源的灵敏度。本部分还将蒙特卡罗计算方法与国外实验结果作了比较。第
三部分给出了用于钚探查的高灵敏裂变中子监测仪的探头和电子学部件的设计方案。
第四部分是讨论和展望。
本文对 MCNP 程序计算的合理性进行了验证,结果说明本文程序运用正确,计
算结果可信。通过用 MCNP 程序模拟计算及优化选择,所设计的中子探测器的灵敏
度达到 45 cps/(n·cm-2·s-1),能量响应范围为 ×10-8MeV~10 MeV,可以在 10s 探
测到 1m 处的 10g 反应堆级钚或者 50g 的武器级钚。
关键词:高灵敏度钚自发裂变中子测量优化设计
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The Technology to Detect Spontaneous Fission neutrons
of Plutonium
Abstract
With nuclear materials using and illicit trafficking more and more, the search and
localization of such materials has e a pressing issue. Plutonium is one of the most
dangerous of them and is hard to detect over large distances, because the a-particles and
X-rays which are emitted by plutonium isotopes can easily be shielded by the material
itself or by surroundings. But there is also a significant amount of neutrons generated by
spontaneous fission of even plutonium isotopes, especially 240Pu. These neutrons are
strongly rating and can easily be detected with sensitive neutron detectors even
through shieldings. There are several types of counters available for neutron detection. But
they are optimized to measure neutron dose rate, and the design of their moderators and
absorbers is not appropriate.
So the major task of this theme is to design a fission neutron survey meter with high
sensitivity for detect