中子计数器探测效率的校准

1、第21卷第4期2001年7月核电子学与探测技术NuclearElectronics&DetectionTechnology.21No.4VolJuly2001郭洪生,(919信箱212分箱621900)BF3长硼中子计数器,采用伴随粒子法标定了其中子探测效率,约为3.17×10-4(18%)。利用这个中子探测器测量了中子管脉冲中子产额(107 pulse)。关键词:脉冲中子;探测效率;BF3中子计数器中图分类号:TL81文献标识码:A文章编号:025820934(2001)04202612032McTaggart所设计的计数器作为标准长计数0引言在我们的实际工作中,需对脉冲中

2、子发生器的中子产额进行测量,脉冲中子发生器的中子参数为:单管中子产额为So8×106n pulse,半宽度处的半波中子产额应满足:4×10n .5×10n pulseS1 23pulse。考虑到粒66器已得到相当普遍的承认。1探测效率探测效率为记录到的中子数N与入射中子数No之比即:=No子测量中的统计起伏及核测试仪器中的死时间修正等问题,应用长硼中子计数器来测量这个中子发生器的中子产额是适宜的。长硼中子计数器是一种简便而可靠的快中子探测器。它具有探测效率高,探测效率随中子能量的变化缓慢(中子能量从10keV到大约3MeV计数管效率与中子能量变化可以忽略),以及易

3、于甄别射线本底等优点。长硼中子计数管对快中子的灵敏度是很小的,但是可以通过把计数管放在中子慢化剂(如石蜡)内来提高计数管对快中子的灵敏度,即首先让快中子在石蜡中减速而后1扩散到计数管灵敏区。Hanson等首先研制了这种慢化管装置,他们提出用一个BF3管和圆柱形慢化体组合成一坪响应中子探测器,收稿日期:2001203229作者简介:郭洪生(19612),男,福建人,中国工程物理研究院核物理与化学研究所副研,博士生,从事核辐射脉冲测量技术研究。(1)若沿计数管柱断面射向计数管的中子数为No,则中子在BF3计数管中引起反应的数目N为:N=LPgA(2)式中:A-计数管柱断面面积(cm2),A=2rl

4、,r-计数管阴极半径(cm),l-计数管有效长度(cm);V-计数管有效体积(cm3),忽略阳极丝所占空间,则:V=r2l;L-单位气压下每单位体积中气体的分子数,即罗西密德数L=2.7×31010cm;P-计数管充气气压。所以,VLP为计数管中有效的BF3气体分子数。-核反应截)7Li而言,=3990×10-面,对于10B(n,10242cm;g-硼元素中B同位素的质量分数;天然硼中,10B的质量分数为g=18.8%,浓缩硼中,10B的质量分数为g=95%。所以,探测效率=而261=NoALPg(3)=A2rl2(4)则=No定),用半导体探测器和相应的电子学系统测量由靶

5、上发射的粒子数,并归一到单位时间的计数,然后经本底修正,阈损失修正,粒子计数系统的死时间损失修正得到绝对的粒子计数),由(6)式计算加速器聚变中子注量率。N(在我们的测量工作中并未定出长计数管对中子源的等效中心位置,实L时的等。:=NrLPg2(5)更精确的探测效率的实验研究见文献3,4。2长硼中子计数器探测效率的校准一般均应用已知源强的放射性源(如光中子源、Ra2a2Be源等)及利用测量粒子来绝对测定中子注量的T(d,n)4He管的效率。此外,测器,、我们采用加速器加速D2(或D)靶,由T(d,n)和D(d,3n)He反应产生的中子作为标准中子源,采用伴随粒子法测量加速器D2T聚变中子注量率

6、来对探测器进行探测效率标定。伴随粒子法就是通过探测T(d,n)反应伴随的粒子来探测中子,把中子测量转换为带电粒子测量,是一种常用的14MeV中子注量率测量方法。在实验中,通过测量方向发射的伴随粒子,则距靶心R远处n方向的加速器聚变中子注量率可由下式给出:(6)(R,(,n)=n)B2R8式中:(R,)-距靶心R远处,方向的中子注量率(cm-2s-1);N()-单位时间单位立体角内发射的粒子数(s-1);R-中子探测器与靶心的距离(cm);8-探测器对靶心所张的立体角(sr);出射中子和入射D2离子间的n夹角(rad);-出射粒子和入射D2离子间的夹角(rad);B-出靶室中子的衰减因子,A(,

7、n)-各向异性因子,可表示为:A(,N)=(8)式中:Nc为长计数管扣除本底的净计数;N为长计数管所在方向上单位立体角内的中子数。标定框图如图1所示。实验中所用BF3管外径27mm,厚0.5mm,充浓缩10B约95%,管子长度33cm,工作电压为2600V,测得其探测效率约为3.17×10-4(1±18%),利用这个长硼中子计数器对1014型脉冲中子产生器的脉冲中子产额进行了测量,其产额约为1×107n pulse,总作用时间约为3s。测量结果表明,该长硼中子计数器能满足我们的测量要求。3简单讨论长硼计数器作为中子注量率测量的一种探测器,具有工作简单,操作简便等特

8、点,作为对各种中子能量效率相同的计数器来测量中子注量率,长硼中子源计数器是较令人满意的。影响探测器计数准确度的因素主要有以下两点:(d )nd1-1-21 21 21 2(32 (Ed 1+Q)cos<n5)1 4图1长硼中子计数器灵敏度标定框图(7)3.1死时间修正式中:Ed产生T(d,n)反应的D2核平均动能(MeV);Q2T(d,n)反应的反应能Q值(MeV);<d-在质心系中粒子出射角(rad);<n-在质心系中中子出射角(rad)。)在特定的或90°角方向(通常选用135°和一定的立体角下(探测器至靶心的距离固262几乎在所有探测器系统中,都存在

9、一个最小时限,两个事件之间的时间间隔大于此时限才能被分辨开而记录为两个单独的脉冲,这个最小时间间隔通常被称为计数系统的死时间。死时间可能与计数器和电子学线路的分辨时间有关。往往死时间是未知的,因此必须直接测量出死时间。常见的方法是双源法,根据两个源各自的观察计数率和组合的观察计数率计算出死时间。一般长硼中子计数器的死时间约为微秒量级。3.2本底中子修正实验室本底中子主要来自四周墙壁、周围物体(如仪器支架等)的散射。可用屏蔽锥体测定房间本底中子的贡献,测量时将中子源放在屏蔽锥体前面,使源、探测器中心与屏蔽锥体在同一轴线上,影内,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