DT聚变脉冲中子产额的活化测量法_宋朝晖

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1、第31卷第2期核聚变与等离子体物理Vol.31,No.22011年6月NuclearFusionandPlasmaPhysicsJune2011文章编号：0254-6086(2011)02-0172-04DT聚变脉冲中子产额的活化测量法宋朝晖，管兴胤，张子川(西北核技术研究所，西安710024)摘要：设计了一个测量高强度DT聚变脉冲中子产额的活化探测器。该探测器由中子慢化体、天然银片、塑料闪烁体和光电倍增管组成，其输出电流通过一个小电流计来获取。通过分析探测器在直流标定和脉冲测量两种状态下输出电

2、流的变化曲线，求解出了特征参数，进而推导计算出DT聚变脉冲中子源的产额。实践证明，这种测量方法与传统的活化法相比，减少了对活化片截面数据准确性的依赖，具有简单、方便、近似在线测量等优点。关键词：银激活探测器；脉冲中子源；中子产额；塑料闪烁体中图分类号：O571.53；TL812文献标示码：A1引言中子产额的测量要求。它直接记录光电倍增管阳极DT聚变脉冲中子产额的准确测量对于研究在输出电流随时间的变化，而不同于通常使用的计数激光驱动下的惯性约束核聚变(ICF)具有十分重要方法。由于这种探测器的时间

3、响应极快(～5ns)，又的意义[1~3]。活化分析法作为一种经典的测量方法，采取了小电流计来自动记录，因此克服了死时间和已广泛用于裂变堆的中子强度测量。其主要原理是分辨时间的限制，优点十分突出。利用某些高纯材料薄片(样品)与中子相互作用，前新设计的银激活探测器主要结构为：9片天然3者被活化而辐射某种能量的伽马射线，经过高分辨银箔(150×120×0.25mm)、10片塑料闪烁体(150×3能力的半导体探测器(如HPGe)测量伽马射线的计120×3mm)、一块有机玻璃梯形光导和一只光电倍数率，再按

4、时间衰减和活化截面推算出照射时刻的增管。其中每片天然银箔都夹在两片塑料闪烁体之中子产额。间，像“三明治”一样。在“三明治”的外部包裹本文介绍了一种新的活化测量方法，利用小电了一层厚1.5mm的镉吸收套，以减小周围环境散射流计和银激活探测器[4~7]来测量脉冲中子产额。该的中子的影响，镉吸收套的外部就是探测器外壳，方法不需要离线使用半导体探测器或其他类型的由20mm厚的含硼聚乙烯板组成。银激活探测器内计数器[8,9]，转换环节少，使用方便，可用于DT聚部结构如图1所示。这样的设计，一方面保证其灵变

5、脉冲中子产额的重复测量。敏度与DT聚变脉冲中子源产生的14MeV中子产额测量相适应，另一方面还保证探测效率能够在目前2银激活探测器加速器稳态中子源条件下进行标定。改变银箔的层研制了一种利用光电倍增管和塑料闪烁体组数和尺寸，或调整探测器前面的中子慢化体厚度，[10]成的电流型闪烁探测器。这种闪烁探测器在闪烁可以在一定范围内对银激活探测器的灵敏度进行体夹层里衬银，可以在线性范围内满足稳态和脉冲调整。收稿日期：2010−09−02；修订日期：2010−11−09作者简介：宋朝晖(1971−)，男，湖北

6、蕲春人，博士，研究员，主要从事射线探测方面的研究工作。第2期宋朝晖等：DT聚变脉冲中子产额的活化测量法173集到的数据经IEEE-488卡实时地传输到计算机存储下来，形成时间、电流一一对应的数据文件。实时的输出电流反映了银的β衰变情况，为便于分析，记录时间应大于600s。图3是效率刻度时的一个典型序列，反映了在银激活探测器输出电流随时间的变化过程。最初，只能观察到本底电流，然后随着加速器的打开，电图1银激活探测器结构示意图流立刻上升到一个平台，这归因于照射期间闪烁体内反冲质子和β衰变产生的荧光。

7、最后，源关闭了，当探测器离中子源较远时,周围物体产生的散电流并不是像上升过程那样迅速地下降到本底值，射中子往往占本底电流的大部分。过大的散射计数而是垂直下降到某一个值后再开始缓慢下降，此时增加了环境对标定结果的影响，使探测器在新的环110观察到的是银的β衰变。β衰变过程主要由Ag和境中使用时测量不确定度较大。为减小散射中子的108[4]Ag快、慢两种成份组成。影响，使用时还需将探测器放于厚度为100mm聚乙烯屏蔽体内。3效率标定银激活探测器刻度的困难在于很难找到与DT聚变中子源能谱相近、工作方式

8、也近似的标准脉冲中子源，因此常采用如图2所示的稳态效率相对标定方法。图3效率标定时探测器输出电流随时间的变化曲线图3中加速器中子束流关闭的时刻t0之后，探测器的输出电流的变化可以用表示为：−−λλ12()tt00−−()ttI()tI=e++IeI(1)12b110−2−1式中，λ1为Ag的衰变常数，取为2.86×10s；图2银激活探测器稳态效率标定示意图λ为108Ag的衰变常数，取为4.81×10−3s−1；t为中20子束流关闭的时刻；Ib为本底电流；I1和I2为待定系数。为了决定探测效率，将