中子剂量当量仪在复杂中子场中的应用研究

量 当量仪 的慢化体大小各异 ， 对于较小 的慢化 体， 中子 慢 化程 度 小 ， 主要 是 热 中子 的 俘 获 ， 低
能 中子 经慢 化后能 够到达 位 于 中心的热 中子 探
测元 件 并被探 测 ， 而快 中子趋 于逃逸 ， 因而其低
于 ：１ 中子 剂 量 （ ） 量 仪 表 的 能 量 响 应 不 （） 率 测
济、 有效的。而反应堆安全壳 内的中子场非常 复杂 ， 裂变 中子受 到反应堆燃料 自身和反射层 吸收、 慢化和散 射 ， 进入安全壳后 ， 还会和安全 壳内复杂 的管路与设备发生散射作用 ， 最终造 成安全壳内每个位置的 中子能谱各异 ， 与 ｃ ｆ 和川Ａ —Ｂ ｍ ｅ的 中 子 能 谱 相 比差 异 很 大 ，２ ｆ ２ Ｃ ５
是人借助仪器， 因此测量人员必须清楚 了解使
用 的仪 器 性 能和 指标 ， 才能 根 据所 使 用 的 场 所 的特 点 ， 择更 为适合 的仪器 和方法 进行 测量 。 选
探测元件 ， 所反应的能量响应差别也很大 ， 虽然 各类 仪 器几 乎都在 设计制 造 时做 了一定 的能 量 补偿 ， 但仍然难以满足在连续宽能谱范 围能量 响应 一 ０ ～＋１０ ５％ ０ ％这一要求。因此无论是
加之反应堆功率变化 ， 致使安全壳内形成 了分
布不 均 、 复杂 多变 的 ｎ一 混 合 辐射 场 ， 中子 给 剂量 的测 量带来 很大 的 困难 。就 现有 的中子 辐 射 防护 监 测仪 表 而 言 ， 反应 堆 安 全壳 内 中子 剂
量监测 问 题 一 直 没 有 得 到 很 好 解 决 。这 是 由
源和 Ａ —Ｂ 钔 ｍ ｅ源 中 子平 均 能 量 分 别 为 ２ １８ ．５
Ｍ Ｖ和 ４ ２ Ｍｅ 而安 全 壳 内中 子从 裂 变 产 生 ｅ ． Ｖ，
处的中子剂 量当量为 ７ ． ｒ ／ ， ２４ｍ ｅ ｈ 仪器测量 ｍ 值经过扣本 底和去 干扰后为 ７ ． ｒｎｈ ６ ２ｍｅ ｆ ， ｒ 从数值上 看吻合 得很 好 ， 固有误 差仅 ５ ２ ． ％。 单能中子实 验分 别使 用六 种能 量 ， 仪器距 靶 １５ｍ， ． 分别测量无屏蔽和加影锥 中 对 低
子趋于被慢化体吸收 ， 而高能中子经慢化后有
更 大 的几 率 被位于 中心处 的热 中子探 测元 件所 探测 ， 因而 其高 能 区 响应 出现 峰 值 。各 种 仪 器 的慢 化 体厚 度不 同 ， 慢化 程度 各异 ， 即使 相 同的
仪器 由于结构 和原理的不同 ， 射线 的干扰 响
应 差别 很 大 ， 因此 在 安全 壳 中使用 中子 剂量 当
避免 的。而对于安全壳内的设备管路 ， 进行测 量 时不应 靠近 。
４ 结 论 与 建 议
由于上述 各 种 原 因 ， 全 壳 内 中子 剂 量 准 安 确测 量 一直是 一个 难题 ， 没有 得到很 好 的解决 。 笔 者认 为 要 想 克服 仪 器 能量 响应 差 、 准 方 法 校
项 目。而在 核事 故 应 急 救援 情 况 下 ， 中子 剂 量
本 文 就上 面 提 到 的三个 方 面 ， 出 了 自己 的看 提
法 和相应 弥补 措施 ， 望能 为相关 人员 提供 参考 。
监测 尤 为 重要 ， 接 影 响救 援 的顺 利 开 展 和 事 直 故受 照人员 的剂 量评 价 。反应堆 安 全壳是 放 置
量远离 自己身体 。同样 ， 仪器设备对测 量的影 响也不容忽视 ， 包括测量使用 的仪器 自身的某
些部 分 也 会对 中子 测 量造 成 影 响 ， 些 是 不 可 这
线性关系 ， 使用该方法有可能反而使结果 的误
差 变大 ， 因此 该方 法并 不可 取 。
反应堆安全 壳内是一个 ｎ一 混 合场， 测 量中子剂量时 射线 的干扰不可忽略， 而各类
介质材料制成 ， Ｂ 比计数器、Ｈ 正 比计 如 Ｆ正 ｅ 数器以及 Ｌ 闪烁 体探测 器等 ， Ｆ 正 比计数 ｉ Ｉ Ｂ。 器和。 ｅ Ｈ 正比计数器 为气 体计数器 ， 一般制成 圆柱形 ， 壁效应明显 ， 同时角响应 因子大 ， 即使 Ｌ 闪烁体探 测器其 角响应 也并不让人满 意。 ｉ Ｉ 由于这些原因， 导致现有 中子剂量 当量仪 的能 量响应和角响应较差 ， 很难胜任安全壳内这样 的复杂环境的使用 ， 也为仪器校准带来较大 困
工作 场 所 的 中子 剂 量 当量 仪 ， 校 准 方法 是 经 该
号仪器的能响特性 ， 以便选择能量响应好的型 号仪器用于安全壳 内中子剂量测量。ＩＯ８２ Ｓ ９ ４ １ 标准 中推荐了从热中子至 １ ｅ ９Ｍ Ｖ共 ｌ 个 ２ 由实验堆和加速器提供 的单能 中子 ， Ｊ来检验
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张 凯 ， 翊 方 ， 月 兴 ， 海 军 ， 杨 王 王 王震 涛
（ 海军 医学研究所 ， 上海 ２０ ３ ） ０ ４ ３
摘要 ： 针对 目前 反应堆安全壳 内 中子剂量 测量存 在较 大误差 的特点 ， 通过分析 中子剂 量 当量 仪 的 工作原理 、 校准方法和现场测量过 程中存在的不足 ， 阐述其 对测量的影响 ， 并提 出修正 和弥 补措施 ， 以供
底 ）具 体 数 据 见 表 １ 其 中实 测 剂 量 由减 过本 ， ， 底（ 加影 锥 ） 得 到 ， 后 理论 剂 量 是使 用 国际标 准
ＩＣ １２ Ｅ ３２中推荐的不 同能量单 位注量至剂量 当量的转换 因子将注量转化得到， 从表 中可知， 在 １４ｋＶ ～５Ｍｅ 范 围 内 ， 量 响应 变化 很 ４ ｅ Ｖ 能
理想 ；２ 现有 的中子剂量 当量仪 的检定 和校 （） 准方 法不 科 学 ； ３ 测 量 时 人 为 的或 一 些 不 可 （）
避免 的 因素造成 的影 响 。这里 面有 一些是 不 可 避免 的 ， 有 些是 可 以通过 使 用方 法 改 进 从 而 但 避免 和 纠正 的 。测量 不 应 是人 依 赖 仪 器 ， 而应
中子剂量当量仪的能量响应好坏。 为此特针对仪器能量响应作 了相关实验 ，
校 准 仪 器 为我 所 一 台中子 剂 量 当量 仪 ， 中子 源 分 别使 用 我 所 理 Ｃ ｆ中子 源 和 原 子 能 科 学 研 究 院加 速器 ｏ ２ｆ ２Ｃ 中子 源 实 验 时 尚有 ３ ｍ， ｍ ５ ０ １
难。
重要 。要想直 接准确测量安全 壳 内的中子剂 量， 理想条件 是该仪器在 １ ｅ ０ Ｍ Ｖ以下能量 响 应 曲线近似 Ｙ １ ＝ 这样的一条水平直线， 而在现
有 的技术 条 件下是 无 法达 到的 。针对安 全壳 内 中子 剂量 的测 量 ， 现有 的仪器 能量 响应 不理想 ，
反应堆 的场所 ， 间相 对狭 小 ， 道 设 备 众 多 ， 空 管
１ 中子 剂 量 当量 仪 工 作 原 理 及 其 不 足
中子 剂 量 当量 仪通 常 由圆柱或球 型慢化 体 及 其 中心 的热 中子 灵敏 探 测 元件 构 成 探 测 系 ， 其 基 本原 理 是 通过 慢化 体 将 快 中子 慢 化 ， 测 探 器对 慢 化至 热能 的中子进 行探 测 。各种 中子 剂
使用搅ｃ 源和 Ａ ｆ ｍ— ｅ Ｂ 源校准又无法反映仪 器 能响优劣 ， 只有在加速器和实验堆上利用单
能 中子 做 不 同 能量 中子 响应 的实验 ， 了解 该型
２ 仪 器 校 准
根据国家计量标准¨ 规定 ， 中子剂量 当量 仪检定 和检 验使 用 的 中子 源 有 ： Ａ —Ｂ 、 ｍ ｅ Ｃ、 Ａ ｆ ｍ—Ｂ和 Ｃ ＋Ｄ Ｏ慢 化 裂 变 中子 源 ｆ ， （ 后两种极 少使用 ） 后续 检定时 ， ， 只需 固有误 差在 ±３ ％ 之 间 ， 量 重 复 性 不 超 过 ２ ％ ， ０ 测 ０ 即 为合 格 。对用 于 Ａ —Ｂ ５ ｆ ｍ ｅ２Ｃ 两种 中子源 的 ２
表 １ 校准仪器的单能 中子实验数汇 总表
另外有些测量人员提出使用平均能量 的响
应因子对测量结果进行修正 ， 该方法看似科学 ，
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但 忽略 了平 均能 量是 通过 ＝ ０ ｑ （ Ｏ Ｅ） Ｅ 求得 ， 中 为 总 的 中子 注 量 ， 为 中子 能量 ， 其 Ｅ 为对应 该 中子 能量 的 中子 注 量 。该计 算 没 有考 虑不 同能 量单 位注 量至 剂量 当量 的转换 因 子， 而该 因子对 中子能 量是一 个 复杂 函数 ， 非 并
对个 人剂 量 监测 ， 是对辐 射 场所 的测量 ， 还 目前 的仪 器 只能 适 用于 能量 范 围有 限 的辐射 场 ， 如
收 稿 日期 ： １ ～ ９— ０ ２ １ ０ ２ ０
作者简介 ： 张凯（ ９４一） 男 ， １８ ， 浙江湖州人 ， 研究实习 员， 士， 硕 主要从 事核技 术及应 用研 究。通讯 作者 ：
与 中子 能量 的关 系 ， １ Ｖ 以下 ， 趋 势 在 ５ Ｍｅ 从
使用 ｃ 校准时 ， ｆ 虽测量的误差很小 ， 但对安 全壳这样的能谱宽 、 能量分布相对复杂的中子 场 ， 仪器 就 不适合 使用 。 该
上基 本 可 分 为 三 段 ， 热 中 子 至 １ ｅ 和 １ 即 ０ ｋＶ Ｍｅ 至 １ Ｖ 两 端 趋 于 平 缓 ， 中 间 的 １ Ｖ ５ Ｍｅ 而 Ｏ
相 关人 员参考 。 关键词 ： 安全壳 ； 中子剂量 当量仪 ； 校准 ； 修正 中图分 类号 ： Ｔ Ｌ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５ －９４ ２ １ ）２１７ －４ ２８０ ３ （０ １ １ ．３４０
在 许 多存 在 中 子辐 射 的场 合 ， 反应 堆 等 如 核设 施 的 工作 场所 ， 中子 剂 量 监测 是 常 规 监测
左右 ， 绝大多数 中子其能量在 １Ｍ Ｖ 以下 ， ｅ 在 这 种情 况 下 ， 过 Ｃ 源 和 Ａ —Ｂ 通 ｆ ｍ ｅ源 校准
的仪 器 ， 在 安全 壳 内 中子 剂 量 测量 是 不 科学 用 的， 并将 带来 较 大 的误差 。