用于神光Ⅲ主机燃料面密度诊断的下散射法探测系统的准直设计

说明 Ｄ Ｄ 中子与周 围物体作 用产 生 很 强 的本 底 。中子 与 物 质作 用 产 生 的伽 马射 线 比有效 信 号 高 １ Ｏ倍 左 右 。 Ｄ Ｄ次级 反应 的 Ｄ Ｔ 中子 约 为有效 信号 的 １ 。 因此 在辐 射屏蔽 设计 中， 重 点屏 蔽 Ｄ Ｄ 中子 与周 围物 体作 用产
Ⅲ主机靶 场 实际诊 断环境 ， 采 用蒙特 卡 罗方法对 本底 中子 进 行详 细 分析 ， 选 择合 适 的材 料 ， 通 过模 拟 计 算 确立 尺 寸优化 后 的准直屏 蔽方 案 。
１ 大 厅 环 境 辐 射 本 底 分 析
下 散射 法在神 光 Ⅲ主机纯 氘靶 燃料 面密 度诊 断过程
料 面密 度为 １ ０ ｍｇ ／ ｃ ｍ ， 离子 温度 为 １ ｋ ｅ Ｖ。其 中有效 信 号是 指 来 自初 级 中子 与 氘燃 料 核 散射 的信 号 。归 一
化 是指 对源 中子 的归一 化 。
由 图 ２可知 ， 在散 射 中子测量 时 间区 间（ ５ １ ０ ～７ ７ ０ ｎ ｓ ） ， 有效测 量信 号 约 占总 Ｄ Ｄ 中子信 号 的 ０ ． １ ～１ ，
中， 主要采用 飞行 时 间法 测 量 下散 射 中子 产 额 。为 了有 效 地 避开墙 面反 射 回来 的 中子 ， 使 初 级 中子 与 测 量 的散 射 中子 （ ０ ． ２ ７ ～０ ． ６ ０ Ｍｅ Ｖ）在 时 间 上 尽 可 能 地分 开 ， 同 时又 尽量靠 近靶 室 以提 高测 量 点 处 的 中子 注 量 率 ， 根 据 飞行 时 间法计算 公式 ［ ６ ］ ， 选 择离 靶 心 ５ ． ５ ｍ 的位 置作 为 测量 点 。诊断 环境示 意 图如 图 １所 示 ， 测 量 点 附 近有 其 他水 平 放 置 的诊 断 平 台、 钢筋混凝土立柱、 钢 筋 混 凝 土 墙、 地板 和天 花板等 。 根 据图 １的大 厅环 境 ， 采 用 蒙特 卡 罗 方 法 进行 模 拟 计算 赤 道 面 上离 靶 心 ５ ． ５ ｍ 处 的 中子 辐 射 场 以及 伽 马
算， 得 到 尺寸 优 化 后 的准 直 器 设 计 方 案 ， 该 方案 达 到 了实 验 要 求 。
关键词 ： 下 散射 中子 ； Ｄ Ｄ 中子 ； 蒙特卡罗方法 ； 准 直 器
中 图分 类 号 ： ＴＬ ８ Ｉ１ １ ８ ８ ４ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ５ ２ ７ ． ０ ６ ２ ０ ０ ５
Ｆｉ ｇ ． １ Ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｈａ ｌ １ ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈ ｍａ ｐ
图 １ 诊 断 大厅 示 意 图
辐 射场 ， 具体 结果 如 图 ２所示 。在模 拟计 算 中 ， 考虑 Ｄ Ｄ 的次级 反 应—— Ｄ Ｔ 反应 产 生 的次 级 中子 ］ 。假 设燃
于 ≤ ３ ． ２ ｇ ／ ｃ ｍ 的诊 断 。下 散射 法是 通 过测 量 与燃 料 核发 生 弹 性散 射 的 中子 产 额 得 知 面密 度 的 值 。该 散 射 中子产额 与初 级 中子产额 的 比值和 燃料 面密度 间满 足 一定 的线 性 关 系 。因此 ， 该诊 断 方 法 的准 确 性 主要 取
决 于下散射 中子 产额 的准确 性 。 因此 ， 在下 散射 中子 产额 测 量 中 ， 准 直屏 蔽尤 为重 要 。 中子准 直 屏 蔽技 术 ， 根 据实 际需求 各不 相 同 。例 如 ， 用于 Ｄ Ｔ 中子 不 同 角散 射 谱 诊 断 系统 的双 准 直结 构 ； 用于 Ｔ ｏ ｋ ａ ｍａ ｋ装置 Ｄ Ｄ 中子 的多通 道 准直结 构ｌ ＿ ３ ； 用 于 中子照 相 的圆筒形 结构 ［ ４ ； 用 于临 床 医学 应用 的发 散型结 构 ＿ ５ ］ 。本 文结 合 神光
黄展常， 杨建伦 ， 陈法新
（ 中 国工 程 物 理 研 究 院 核 物 理 与 化 学研 究 所 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０ ）
摘 要 ： 在惯性约束聚变实验 中， 用 下 散 射 法 诊 断 燃 料 面 密 度 对 本 底 的屏 蔽 要 求 较 高 。分 析 了 神 光 Ⅲ 主 机 纯 氘 燃 料 靶 在 实 际诊 断环 境 中 产生 的本 底 辐 射 场 ， 通 过 蒙 特 卡 罗 方 法 得 知 测 量 点 处 散 射 本 底 主要 来 源 于 初 级中子与真空腔室 、 周 围诊 断 平 台 、 天 花板 和地 板 的作 用 。据 此 分 析 选 取 合 适 的材 料 和 屏 蔽 方 案 。通 过 模 拟 计
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ 一 ｌ １ 一 Ｉ ７ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ５ － ０ ３ — ２ ３ 基金项 目： 中 国工 程 物 理 研 究 院 科 技 发 展 基 金项 目（ ２ ０ １ ３ Ｂ ０ １ ０ ２ ０ ０ ８ ） 作者简介 ： 黄展常（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 硕士研究生， 从 事惯 性 约 束 聚 变 诊 断 研 究 ； ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ＠ｆ ｏ ｘ ｍａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
第２ ７卷第 ６ 期
２ ０ １ ５年 ６月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖ ｏ１ ． ２ ７，Ｎ Ｏ ．６
Ｊ ｕ ｎ ．，２ ０ １ ５
用 于 神 光 Ⅲ主 机 燃 料 面 密 度 诊 断 的 下 散 射 法 探 测 系统 的 准 直 设 计
燃 料面 密度 （ ） 是Ｉ Ｃ Ｆ实验 中的重要 参数 ， 其诊 断方法 主要 有下 散射 法 、 次级和初 级 产额 比法 、 Ｋｎ ｏ ｃ ｋ — ｏ ｎ 法、 中子活化 法等 。与其 他方 法相 比， 下 散射法 对 中高 面密度诊 断 的适用 范 围更广 ， 文献 ［ １ ］ 给 出下 散射 法适用