中子能谱快速测量

8. 75
10
10
PE
PE
PE
8. 75 cm 厚 PE+1. 25 cm 铅
由于聚乙烯慢化体对中子有散射和慢化作用,
每个慢化球的计数会受到其他慢化球的影响 [4] 。
单独模拟每个球的响应曲线存在较大误差,因此需
要以 7 个慢化球为整体建立模型,模拟平行中子束
对仪器照射时每个慢化球的能量响应曲线。 平行
《 铀钚照射癌症危险》 报告草案现已向公众开放咨询,全文见 ICRP 网站。
本报告的目的是对钚铀照射致癌危险的流行病学最新研究结果以及如何将这些结果与目前用于 α
辐射防护的假设联系起来进行详细的综述。 关于钚的两项主要研究是关于俄罗斯联邦马雅克( Mayak)
核设施和联合王国塞拉菲尔德( Sellafield) 核设施工作人员的队列研究。 对马雅克队列的分析提供了肺
( μSv / h)
21. 4
10. 8
47. 2
31. 5
15. 7
172
124
48
6 结论
( μSv / h)
32. 8
119
相对偏差
( %)
6. 53
-3. 96
4. 21
参考文献:
本文研究了一种快速测量中子能谱的技术,
并以此技术为核心研制了一款一体化多球谱仪,
[1] 李桃生. 中子周围剂量当量( 率) 监测方法的研究
图 1 慢化球分布图
中子束入射方向与 7 个慢化球球心平面垂直,模拟
3 能量响应曲线模拟
为保证一体化多球谱仪在热中子 ~ 20 MeV 范
围有较好的能量响应,按照图 2 所示的照射方式,
用蒙卡模拟不同直径慢化球的能响曲线。 经过模
拟,确定慢化球尺寸列于表 1。
结果见图 3。
4 解谱软件设计
为实现中子能谱的在线解谱,本文设计了一款
field accurately, an Bonner sphere spectrometer was designed. The system can measure neutron spectrum
online and display neutron dose rate in real time. The spectrometer was verified in a Am-Be reference
当量率与测试点约定真值进行比较,计算相对偏
图 4 解谱谱形与 Am-Be 典型能谱对比
表 2 一体化多球谱仪 Am-Be 参考辐射场测试结果
测试点
测试条件
1
无影锥
2
无影锥
3
无影锥
有影锥
有影锥
有影锥
测试点剂量率
测试点剂量率
测试点剂量率
测量值
解谱计算值
约定真值
10. 6
9. 95
( μSv / h)
A Technology for Rapid Measurement of Neutron Spectrum
Lei Ming
( Naval Armament Department, Taiyuan, Shanxi, 030000)
Fen Xiaobo, An Yanlong, Liu Jianzhong
子参考辐射场进行测试。 将解谱能谱与 Am-Be 典
型能谱进行对比,并对比解谱后剂量率计算值与测
试点约定真值。
图 3 一体化多球谱仪的能量响应曲线
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中子能谱快速测量 雷明
将本系统放入中国辐射防护研究院 Am-Be
2004,24(5) :453-456,448.
[ 4] 黄悦. 在线式多球中子谱仪的研究[ D] . 衡阳:南华
大学, 2016.
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辐射防护通讯 2021 年 4 月 第 41 卷 第 2 期
统能进行中子能谱的在线测量,实时显示中子剂量率。 谱仪在 Am-Be 参考辐射场进行了验证,测量能谱与标准谱
符合较好,转换后剂量率测量值与真值偏差<±7%。
关键词: 中子能谱; 多球谱仪; 中子剂量率
中图分类号: TL817 + . 3 文献标识码: A 文章编号: 1004-6356(2021)02-0019-04
谱典型谱形对比,结果如图 4 所示。
点,每个测试点分别在有影锥和无影锥 2 种条件
基本吻合。 根据解谱结果,计算得到的周围剂量
均可以被影锥遮挡) ,将解谱谱形与 Am-Be 中子
差,结果见表 2。
参考辐射场进行测试,在辐射场中选取 3 个测试
测试( 经计算,在 3 个测试点处,直接入射的中子
由图 4 可知,解谱的谱形与 Am-Be 典型能谱
使测试点中子入射方向与慢化球球心所在平面垂
直。 使用此技术,极大地缩短了中子能谱的测量
时间( 假设普通多球谱仪使用 11 个慢化球,则一
体化多球谱仪测量时间仅为普通多球谱仪的
1 / 11) ,大大降低了工作人员的受照风险。
收稿日期: 2021-02-26
通讯作者: 刘建忠(1969— ) ,研究员。 E-mail: 3007042931@ 163. com
( China Institute for Radiation Protection, Taiyuan, Shanxi, 030006)
Abstract In order to obtain neutron spectrum quickly and measure the dose rate of neutron radiation
线解谱,使用该技术极大地缩短了中子能谱的测
化多球谱仪在 Am-Be 参考辐射场进行实验验证,
仪器测量谱形与 Am-Be 典型能谱符合较好,测试
点相对偏差小于± 7%,可以满足中子能谱现场测
量的要求。
术, 2017,37(2) :147-151,155.
谱方法和剂量评价简析[ J] . 核电子学与探测技术,
慢化球的个数最多不超过 20,而求得中子注
。 传统的中子剂量率仪对快
量谱往往需要几十至几百个,在确定中子注量谱
理想;通过中子能谱测量,再经注量-剂量转换可
优的过程 [3] 。 普通的解方程方法无法求解,需要
[1]
中子及高能中子响应较低,剂量能量响应曲线不
增加约束条件,如中子谱在测量范围之内是连续
以相对准确地测量中子剂量。
解谱软件。 解谱软件有测量及解谱两种模式,测量
模式下测量区域可同时显示 7 路通道测得的计数
率值,测量完成后切换解谱模式,根据辐射场信息
选择预置谱、解谱算法及迭代次数,解谱即可显示
测量谱形及周围剂量当量率等信息。
5 实验及结果分析
为了验证一体化多球谱仪性能,在 Am-Be 中
图 2 慢化球模拟计算模型
叉分布于仪器中心轴两侧,距中心轴距离分别为
1 多球谱仪测量中子能谱原理
Emax
分布的解谱过程中,实际上是从无穷多个解求最
dE 和 测 量 值 N k 之 间 的 差 别;
R k( E) 为第 k 个探测器对能量为 E 的中子的响
球球心位于同一平面,如图 1 所示。
仪器主要在均匀辐射场使用,使用时尽可能
[ D] . 北京:中国原子能科学研究院, 2004.
可以 7 路通道同时进行测量,实现中子能谱的在
[2] 李建伟, 李德源, 刘建忠, 等. 三种解谱算法求解
量时间,减少了工作人员的受照风险。 使用一体
[3] 李桃生, 杨连珍, 陈军, 等. 单球多计数器中子解
中子能谱的解谱效果比较[ J] . 核电子学与探测技
第 41 卷第 2 期( 总第 242 期)
2021 年 4 月
辐射防护通讯
•研究通报•
中子能谱快速测量
雷明( 海军装备部, 山西 太原, 030000)
冯晓波, 安艳龙, 刘建忠( 中国辐射防护研究院, 山西 太原, 030006)
摘 要 为了实现中子能谱的快速获取,准确测量中子辐射场的剂量率,设计了一款一体化多球中子能谱仪。 该系
利用多球谱仪测量中子能谱是目前成熟度最
高的中子能谱方法。 但是,由于多球谱仪测量时
需要将每个慢化球依次搬运到测试点进行测试,
过程繁琐,在实时变化的辐射场难以取得较好的
测量效果。 本文以中子能谱快速测量技术为核心
设计了一款一体化的多球谱仪,在 Am-Be 参考辐
射场进行了测试,可以实现中子能谱快速测量。
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辐射防护通讯 2021 年 4 月 第 41 卷 第 2 期
表 1 慢化体尺寸及材质
直径 ( cm)
材质
裸球
无
2
3. 75
高密度聚乙烯 ( PE)
4
7. 5
PE
序号
1
3
5
6
7
5
Key words: Neutron spectrum; Bonner sphere spectrometer; Neutron dose rate
( 责任编辑:赵宁)

•出版物介绍•
ICRP《 铀钚照射癌症危险》 报告草案内容简介
癌危险剂量响应曲线的估算值,而塞拉菲尔德钚照射水平较低,队列研究结果在较大置信区间内与马雅
克队列估算值是一致的。
玛雅克队列研究的结果还显示,钚照射与肝癌和骨癌危险之间存在关联,但与白血病危险无关。 计
算了急性和慢性吸入硝酸钚和氧化钚的情况下肺癌死亡的终生超额危险,与以前 115 号出版物中对氡
及其衰变产物所做的计算一样。 每单位吸收剂量肺癌死亡的终生超额危险估算值接近于矿工氡及其子
radiation field. The result was in good agreement with the standard spectrum, and the deviation between
the measured dose rate and the true value after conversion was less than ±7%.
∫
E min
R k( E) Φ E( E)
(1)
式中, N k 为第 k ( k = 1,2,…,m) 个慢化球( 共 m
个 慢 化 球 ) 中 探 测 器 的 计 数; ε k 为 预 测 值

∫R ( E) Φ ( E)
k
E
表示等,使解谱结果无限逼近真实值。
2 中子能谱快速测量技术
为了实现中子能谱的快速获取,本文采用 7
路通 道 同 时 工 作 的 方 式 进 行 测 量, 每 路 通 道 由
3
He 正比计数器及慢化球组成,1 ~ 7 号慢化球交
11. 5、13. 25、14. 5、13. 5、15、17、16 cm,所有慢化
中子能谱测量原理可用以下方程来描述:
Nk + εk =
光滑且非负的,某些能量段中子谱可用数学函数
0 引言
中子剂量的监测面临着许多困难,主要是由
于测量现场的中子能量范围较宽,并伴随光子。
中子注量-剂量转换系数随能量变化差异较大,最
大可差 2 个数量级
应; Φ E( E) 为能量 E ~ E + dE 单位能量中子的注
量;E min 和 E max 分别为多球谱仪可测量的最小能
量和最大能量 [2] 。
体照射的研究结果,并且与 α 粒子的辐射加权系数为 20 的假设相一致。
在欧洲和北美核燃料循环工作人员中进行了与铀照射相关的癌症危险的流行病学研究。 目前的结
果不足以对任何类型的癌症可靠地导出铀剂量危险模型。 建议继续努力,改进对铀钚照射有关的剂量
评价,以便未来的研究。
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