EI-陆地宇宙射线的中子剂量测量与分析-中子剂量仪高能中子探测器

图 $! 单能中子束照射下的 !Q 和 !- 响应及转换系数 X / ( $!!Q8 2 9 !-4 3 Q & 2 Q 3 QO 2 9 3 4. & 2 & A 3 2 3 4 3 / 0 5 P 5 2 3 O 4 & 23 d & Q O 4 38 2 90 & 2 Y 3 4 Q / & 20 & 3 T T / 0 / 3 2 P
" > % ' ' ) ) % 3 ' ) " 14 $ ) & )" & 57 ) 8 & % ' % " 1 0 $ &; & $ & ) ) 1 $ & & $ = ) 1 , $ # " 1 0 $ &# = * * * #! > 8 $ & "# 9 2! 9 *!: 9 9< *!:
% 6 7 & 0 ) 3 & 8 Q 3 9& 2; 39 3 Q / 2P 4 / 2 0 / ' 3& T2 3 O 4 & 2. O ' / A Q ; 3 4 3Q 3 0 4 & . 3 3 4/ 2; / Q !U 5 P P P ! 8 3 4 ; 39 3 3 0 & 4S / ; . O ' / A 0 & O 2 3 4/ 2 Q 3 4 3 9/ 2 &Q ; 3 4 3 . & 9 3 4 8 & 4 S 8 Q . 8 0 ; / 2 3 9 ( PP P : ; 3. 3 8 Q O 4 3 . 3 2 -3 O / . 3 2 -S / ;. O ' / A 8 ;& T; 30 & O 2 3 4S 8 Q0 & 2 2 3 0 3 9 (: ; 39 & Q 3 J P P 3 Q / . 8 / & 2. & 9 3R 3 8 2& T 8 T 3 S0 ; 8 2 2 3 ' QO 2 T & ' 9 / 2 8 Q8 9 & 3 9O 2 9 3 49 & O R ' 3Q ; 3 4 3 Q 6. 5S P P . 3 8 Q O 4 3 . 3 2 (: ; 32 3 O 4 & 2T / 3 ' 9& T3 4 4 3 Q 4 / 8 '0 & Q . / 04 8 8 Q. 3 8 Q O 4 3 9T & 49 & O R ' 3 6S ( 7 Y 88 -H 8 4 R / 20 / ( G & . 8 4 3 9S / ;; 34 3 Q O ' Q& T ; 3 Q ; 3 4 3 Q ( : ; 38 2 2 O 8 '9 & Q 3 / Q" D( 6 P P ! ; 34 3 ' 8 / Y 39 3 Y / 8 / & 2 Q& T2 3 O 4 & 2T ' O 3 2 0 34 8 38 2 92 3 O 4 & 2 . O ' / A Q ; 3 4 3Q 3 0 4 & . 3 3 4 P P 8 . R / 3 2 -9 & Q 33 O / Y 8 ' 3 2 4 8 3 T & 49 & O R ' 3 Q ; 3 4 3 Q 8 4 3 ' 3 Q Q ; 8 2+ \8 2 9# $ \! 4 3 Q 3 0 / Y 3 ' ( J P P 6 %0 & & & 8 , " 0 ! & Q . / 04 8 2 3 O 4 & 29 3 3 0 & 4 8 T 3 S0 ; 8 2 2 3 ' QO 2 T & ' 9 / 2 0 & O 2 3 4 6 5 9: !! 高能宇宙射线粒子与地球周围大气介质相 较重的核在一次碰撞中碎裂为#个 互作 用 后 ! 以上 较 轻 的 核! 较轻的核在下一次碰撞中又碎 这 样 会 产 生 大 量 的 电 子) 裂为更轻 的 核 ! &射 线) 中子 ) 质子 ) 中 子剂 $ 介子和 ( 子 等 $ 其 中 ! 且 量贡献份额占宇宙射 线 所 致 剂 量 的 约 + *\ ! 中子注量能谱很宽 ! 至少跨 # # 个量级
* D+ 射条 件 下 的 !Q 和 !- 响 应 结 果 示 于 图 $ ! $ ! # ,. A U 3中 子 源 的 验 证 性 的 测 试 结 果 可 参 考
计了由 + 根相互正交的一维位置灵敏+H 3 正比 计数 器 组 成 的 能 谱 型 剂 量 仪! 采用单慢化球多 计数器的探头设计 ! 角响应得到了较好的改善 ! 但数据获取 系 统 较 繁 琐 $ 为 使 数 据 获 取 简 便 ! U 8 4 ' 3 -等 亦采用 单 慢 化 球 多 计 数 器 内 外 层 结构 设 计! 使中子巡测仪能量响应得到进一步 改善 ! 在 热 中 子 "$ *^ 3 % 范围内相对能量响 应为 * [ + ="# [ =$ 为 验 证 U 8 4 ' 3 -等 的 设 计 及 考虑高能中子的测量 ! 本文采用 ^ Z ) 插件搭建 单慢 化 球 多 计 数 器 测 量 系 统! 并在哈尔滨地区 进行宇宙射线的中子剂量测试 $
2! " # $! 6 # D L #! a# 其中% 为 B $个探测器的计数率! Q & @ ;# $ 为第 $ D" 第$个探测器第D 个能量箱的单位注量能量响应
$ 函数! & 0 . , D 为 第 D 个 能 量 箱 的 中 子 注 量 率! a# & 0 .a$, Q $个探测器的测量不确定度$ ) $ 为第 因本文采用 双 球 法 测 量 ! 探测器的个数为
由图 $ 可见 ! 双球探头的能量响应有明显的 差异 ! 这种差异为分析中子辐射场的能谱信息提 供了可能 $ 为了剂量评价目的和基于 多球 谱 仪 尝试性地研究了双球探头 的中子能谱分析技术 ! 的宇宙射线中子测量问题 ! 并分析其可行性 $ 由多球谱仪 的 少 道 解 谱 方 法 可 知 ! 当探头 的结 构 和 材 料 确 定 时! 探测器的单位注量能量 响应函 数 即 确 定 $ 在 某 一 中 子 辐 射 场 中 测 量 时! 可得到多球探测器的计数测量 结果 矩阵 ) 响应函数矩阵 和能谱矩阵 ! + 个矩 阵之 间 通过 和 求逆 可 的线性关系为 % L ! 得到 $其离散函数可表示为 %
!+ $ 为了解决角响应 问题 ! 文献 * 设 性较差 * = A B+
原子能科学技术 !! 第! "卷
=! 剂量评价方法
对热中 子 "$ *^ 3 % 范围内的中子采用 ^G ) @ ! U 计算 后 得 到 探 头 的 中 子 注 量 能 量 响 应曲线 & 而对 $ *^ 3 %"# *L 3 % 范围内的中子 计算的单能中子束照 采用 X ? _h, 计算 得 到 !
"卷第# $期 ! 第! * # +年# $月 !$
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陆地宇宙射线的中子剂量测量与分析
李桃生 周!波 颜!强 宫存溃 王庆宇
" 哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 ! 黑龙江 哈尔滨 !# # = * * * #
摘要 本文基于多球中子谱仪的设计原理 ! 加工单慢化球多计数器的中子测量探头 ! 搭建多路测量装置! 形成了以双球测量方式的少道解谱剂量估算模式 ! 并对陆地宇宙射线的中子辐射场进 行 测 试 ! 得到哈尔 ( $ 与多球中子谱 仪 的 测 量 结 果 相 比 ! 中子注量率和中子周围剂量 滨地区中子所致年剂量约为 " D( 7 Y 8 当量率的双球测量结果的相对偏差分别小于 +\ 和 # $\ $ 关键词 宇宙射线 & 中子探测 & 少道解谱 & 计数器 中图分类号 " # : ? D #!!! 文献标志码 ,!!! 文章编号 # * * * A B C + # $ * # + # $ A A ( ! " # # *( " = + D E F( $ * # +( ! "( # $( 6
即式 " # 仅 有 两 个 方 程$ 通 常 情 况 下! 式" $! # ##
第# 陆地宇宙射线的中子剂量测量与分析 $期 !! 李桃生等 %
# = " 给出 的 结 果 中 也 有 两 个 中 子 峰 ! 峰位分别为
中的 - 选取中子 能 量 箱 的 个 数 " 较 大! 一般 6# 为几十到 # 因此 ! 式" # 是一种病态方程 ! * *个! # 即式 " # 有 解 必 为 非 唯 一 解 或 无 穷 多 解$ 对 于 # 从无穷多个解中挑选出#个理想 少探 头 个 数 ! 必 须 考 虑 两 个 条 件% 的解 ! ##测 量 的 中 子 能 谱 具有连续光滑且非负 & #中子在 慢化过 程中 具 $ 有一些特征 ! 如热能区的中子属于高斯分布 ) 中 能区的属于 1a4分布及快中子能区的属 于 麦 克 斯威分布等 $ 这些经验性的因素为解少道中子 能谱提供了有利条件 $ 若通过式 " 求逆可得到测量点的中子注 ## 量率能谱 ! 则可得到 %
$
现行单慢化体单计数器的便携带式中子剂
收稿日期 修回日期 $ * # $ A * D A $ "& $ * # + A * + A $ " 作者简介 李桃生 " ! 男! 山西运城人 ! 教授 ! 博士 ! 从事辐射探测技术研究 # C B ='#
# = B 研制的商用 < / 2 3 O 4 & 2 中子 巡 测 仪 采 用 两 个 大 小不同的探头 " 直径分别为# * [ "0 . 和B [ !0 .# 同时进 行 测 量 ! 使 热 中 子 "# *^ 3 % 范围内的 但方向 中子剂量相对能量响应 缩 小 到 * [ ="$!
4 , ) 5 0 , ' , * & ) * !6 * ) < # -" 2Q , 5 & 0 " *+ " , # */ , 0 0 , & 0 # ) <F " ' # 3> ) 9 9
! ! ! ? Z: 8 & A Q ; 3 2 c HW_ U & I,) V / 8 2 LW)L G O / A F O 2!K,)L V / 2 A O 5 5 5 6
中心 ! 该计数器 的 计 数 称 为 内 计 数 !Q& 距球心 左右 ) 上 下安置 B 个 圆 柱 形 # * [ =0 . 处的前后 ) 型号为" ( ! 这B U X [ B 1 U " * # + ^# + 正比计 数 器 " 个计数器的 读 数 之 和 称 为 外 计 数 !-$ 为 了 提 高高能中子的能量响应 ! 内外层计数器之间嵌入 探头结构如图 # 所 示 ! 本文把 这种 内外组 铅层 ! 成的单慢化球多计数器探头简称为双球探头 $
图 #! 探头结构示意图 X / ( #! 7 0 ; 3 . 8 / 0& T9 3 3 0 & 4Q 4 O 0 O 4 3 5
B ) $O D L
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对探头 进 行 测 试 时 需 使 用 的 器 件 主 要 包 括% 电压灵敏 前 置 放 大 器 " 型 号 XH ) 线 # * ! D ,# 性放 大 器 " 型 号 UH ) 高压电源" 型号 # $ # D# 型 号 UH # $ D + ) #和 一 体 化 多 道 分 析 器 " # ! 这些器件搭建成一套数据测量系统 ! UH # + $ ! 本次测量共使用 " 套 $
* # A $+
量仪相 对 能 量 响 应 波 动 较 大 ! 其变化范围在 * [ $"B 之间 $ 为了应对 高 能 中 子 的 剂 量 测 量 ! 在单慢化 体 内 内 衬 如 铅 ) 钨) 镍和镉等金属材
++ 料* ! 利用重金属 具 有 " 较高的核反应截 2! H 2#
面! 使测量能量上限达 $L 热 中 子 "$L 3 %! 3 % 范围内的中子剂量相 对 能 量 响 应 约 * [ $"! [ =! 但测量仪 重 达 B ! 可 携 带 性 差$ 为 改 善 能 *F 5 研究者采用多计数器的测量方法 ! 法国 量响应 !
源自文库* "+
+ $ 为了 计 算 周 围 剂 量 当 量 " # ! 文献 * D :$ " # *# 中子注量转换 到 : $ " 的转换系数" 以下简 # *# * C+ 称转换系数 # 亦示于图 $ $
;! 测量系统
探头 的 慢 化 体 采 用 聚 乙 烯 材 料 " 密度为
+ + ( # ! 慢化体球体直径为$ * [ C D5 0 . B0 .$ H 3 正比计数器 " 型号为 7 # 安置在慢 化体 球体的 @ C