_3He中子计数管的机理及结构

1、第29卷第5期2009年9月He核电子学与探测技术Nuclear Electronics & Detection TechnologyVol. 29 No. 52009© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月张明，施

2、俊,任忠国（中国工程物理研究院.四川绵阳621900）:介绍了' He中子计数管的工作原理.对其结构、气体密封工艺进行了探讨。：3 He;中子计数管:0572.354: A:025&0934（2009）05-1170-02© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righ

3、ts reserved, 第29卷第5期2009年9月E( r)in( IV a)中子探测在核探测中占有极其重要的位 置，目前应用较为广泛的为'He中子计数管。 了解'He中子计数管的工作原理和结构，有助 于提高其应用效果。1 3 He由于中子不带电荷，不能直接引起物质“电 离”与“激发”，对中子的探测主要通过对它与物 质作用产生的次级带电粒子的探测而实现。 3 He中子计数管作为热中子探测器探测原理 基于核反应法其核反应过程如下：3 He + n H + 3 H + 765keV反应产物为质子与氟核的带电粒子。热中 子引起反应产生的反应能在质子与氟核之间 分配。质子获得191

4、keV能量，氟核获得 574keV能量。质子与佩核工作于'He气体为 工作气体的正比计数管内。1. 1 3 He质子与氟核通过气体时，同'He气体发生 电离碰撞便'He气体分子电离，同时损失部分 能量形成大量的离子对（电子与正离子）o3 He 正比计数器作为一种电离室，在其中心阳极丝 上加正髙压阳极丝与外壳管壁之间形成电场,:2009-01-| 1:张明（1961）.女河北武邑人.工程师. 主要从事核仪器研制。1170在外加电场的作用下这些电子和正离子分别 向正、负电极漂移电子漂向阳极丝正离子漂 向阴极壁而被电极收集。正比计数管的电场 分布为：式中：d为阳极丝半径，&q

5、uot;为阴极壁半径" 为该点与轴心的距离。由于正离子质量大,且漂移方向的电场由 强到弱，因此电场的加速不足以使之发生电离 碰撞。而电子漂移愈接近阳极电场强度愈强。 到达某一距离巾后，电子在平均自由程上获得 的能量足以与气体原子发生电离碰撞形成新 的离子对。同样新的电子被再次加速再次发生 电离碰撞。漂移电子愈接近阳极，碰撞几率愈 大。于是不断增殖的结果，产生雪崩效应。雪 崩后的离子对数目大量增多，形成信号的放大O 雪崩只发生在阳极丝周围狭小范围内因此阳 极丝在管内的轻微偏心不会影响信号的输出0 雪崩与气体压强、工作电压、电极（阳极丝、管 壁）半径有关。1. 2由于'氐气体对于

6、CI粒子的电离能为46 eV 通过降低电离能可以产生更多的离子对. 从而提髙信号幅度。Ai气对于a电离能为 26. 3 eV .CO:气对于a电离能为34. 1 eV，因此 在'He气体中加入适当的Ar气或CO：气体及© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights res

7、erved, 其它低电离能气体（如XeKr ） 一方面质子 与氟核通过这些气体时可以产生更多的离子 对，可以提高输出脉冲幅度山。另一方面能显 蓍降低质子与佩核的平均自由程提高质子与 氟核能量收集能力进而提高脉冲幅度，提高3 He中子计数管性能。如表1所示o980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rig

8、hts reserved, 器平均 自由稗cm400keV粒子电离能量拥块率keV/cm平均中子反应收簞keV电子能重收但ke V中子/电子能重收車能力出抗Y能力(R/h)b、He(0. 15Mpa/cm)2.11. 15004.01255He(0. 15Mpa<cm)+ Ar(0.07 Mpa/cm)0.56.775024.0301980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 980© 1994-2010 China Academic J

9、ournal Electronic Publishing House. All rights reserved, 1. 33 He中子计数管作为一种电高室，当存在 负电性气体杂质时，电子与负电性气体碰撞时, 可能被吸附形成负离子。由于负离子漂移速度 远慢于电子,因此与正离子复合机会增加，形成 复合损失对探测器探测不利。减少负电性气体（如O： , HO）在探测器中 的存在可通过渗入少量的双原子或多原子分 子气体（如N2 .CH4 .CO：）.以减少复合损失。2 '任 2. 13 He中子计数管其结构与一般正比计数器 的相同。正比计数器大多是由同轴圆柱形构 成，因为在一般电压下（kV）,圆

10、柱形电极比 平行板电极容易获得强电场区灵敏体积也大， 并且脉冲幅度与电离产生的地点无关基本结 构示意图如图io闭极丝阴祕外洗 阳极引由堆图1正比计数器示意图2. 2首先要求具备优良的附压与密封性能其 结构与工艺必须保证密封壳的耐压强度大于工 作气体压强的1.6倍（达到1MP“）为保证在 工作寿命期间'He正比计数管的性能,密封壳 的总洩漏率小于1.0 X10 sPa -L/so密封壳体的材料要具有良好真空性能，以 防止因壳体放气而影响性能:壳体材料与中子 的相互作用截面要小使中子穿过室壁时的损 失少。根据有关资料管壁过厚则增加了管壁 与中子反应几率,同时降低了探测器抗Y能力， 过薄则降

11、低机械强度对充气不利。因此主要 采用0. 5mm1mm壁厚的304无缝不锈钢 管无缝不锈钢管可以提供较低的本底抗Y能 力强但热中子反应截面较大。也有在用于特 殊用途时采用壁厚为0. 8mm的铝管壳.使用 铝管本底较高热中子反应截面非常小但机械 性能不如不锈钢管壁抗Y能力弱。2 3电极系统由阳极丝、阳极引出端及固定架 组成阳极引出端及密封管底端固定装置将阳 极丝固定阳极丝为表面镀金鸽丝鸽丝提供足 够的机械强度，表面镀金可以改变鸽丝表面晶 格结构，以改善铸丝表面光洁度提高阳极丝导 电性阳极引出端采用金属陶瓷封装可伐件的 形式。焊接后管壳结构示意如图2示。枚引出瑞管壳底繃固定网筱件图2管壳结构示意图

12、以上为对、He中子计数管的初步认识望 共同探讨。|1吴治华.赵国庆.陆福全等.原子核物理实验方法 (修订版)M,北京:原于能出版社,1997.2 Doug Reilly et al. Passive Nondestructive Assay of Nuclear Materials , NUREGCR5550 L A-UR- 90732, 1991 : 385.1171下转第 980 页.Continued on page 980)数在整个平滑过程中始终保持不变，同时信噪 比不是最大。采用匹配滤波平滑模型有效改善 了这一不足。如何便该模型的参数b随着谱形 自适应的变化从而取得更好的平滑效果有待

13、 干进一步的研究。(I I刘志强马红光等.AR模型在处理核能谱中的应 用J L核电于学与探測技术.2005.25(5) :49b493.12肖刚周春林.一种自适应的Y射线能谱数据平滑 方法J原子能科学技术,2001 ,35：69-72.3庞巨丰编著.Y能谱数据分析M.西安:陕西科学 技术出版社.1990.|4|张贤达现代信号处理|M.北京：清华大学出版 社,1995.5 I宋祖顺现代通信原理(第二版)M 北京：电子工 业出版社.2007.980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rig

14、hts reserved, 980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Smoothing Technology of Gamma-ray SpectrometryData Based on Matched FilteringGU Min ,GE Liang- Quan(School of neural technology and automation .Chengdu Uni vercity of Technology 4 Chengdu .chin

15、a 610059)Abstract :Traditional method of smoothness of gamma-ray spectrometry data gives rise to aberration of spectra curves easily. The article improve convolution sliding transformation using idea of matched filtering. Gauss adding the exponential function instead of Giuss function is used as con

16、verting function The improved method not only suppresses statistical fluctuation mostly but also keeps feature of spectra curves Instance verified superiority of this new method.Key wrds :Matched flitcring , Spectrometry data ,Converting function t Smoothing technology(上接第 1171 页.Continued from page 1171)The Theory and Configuration of He Neutron Counting TubeZHANG Ming,SHIJun ,REN Zhong-guo(Chi na Academy of Engi neering Physics. P.O. Box 919-71 . Mianyang of Sichuan Prow 621900 ,