【摘 要】
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中子探测,是人类认识宇观与微观世界的关键技术;在退役核设施及放射性废物、聚变反应堆、核爆试验、核电站及散裂中子源装置等发生核裂变、核聚变瞬态核过程的场所,测量中子的场合就必然伴随着gamma射线本底的干扰,因此中子探测涉及到强gamma本底辐射下的n/γ甄别技术。n/γ甄别探测,主要有单晶闪烁体、液体闪烁体和更具有低成本与大尺寸制备优势的有机塑料闪烁体三类。然而,现有的有机塑料闪烁体中子探测器尚未
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中子探测,是人类认识宇观与微观世界的关键技术;在退役核设施及放射性废物、聚变反应堆、核爆试验、核电站及散裂中子源装置等发生核裂变、核聚变瞬态核过程的场所,测量中子的场合就必然伴随着gamma射线本底的干扰,因此中子探测涉及到强gamma本底辐射下的n/γ甄别技术。n/γ甄别探测,主要有单晶闪烁体、液体闪烁体和更具有低成本与大尺寸制备优势的有机塑料闪烁体三类。然而,现有的有机塑料闪烁体中子探测器尚未同时具备高n/γ脉冲形状甄别能力并可用于宽能区中子的时间、能谱较精确测量的综合性能。因此,研制高发光产额、快时间分辨、宽能区中子、高灵敏探测能力、制作成本低廉、高n/γ甄别能力的新型塑料闪烁体探测器具有重要意义。本课题面向中国散裂中子源(CSNS)装置的反角白光中子源线站(Back-n)中子束流监测需求,研制一套可应用于强混合脉冲辐射场的具有宽中子能区探测、良好n/γ甄别能力的塑料闪烁体探测器。主要的研究内容与结论如下:(1)在聚苯乙烯基质材料中掺杂高质量分数主荧光染料PPO和具有高发光量子产率的次级荧光染料DPA,制备得到n/γ甄别新型塑料闪烁体探测器;光谱分析测量显示该闪烁体自吸收效应小,闪烁荧光可在基质与荧光染料间高效传递;利用252Cf同位素放射源、中国原子能科学研究院高压倍加器D+T聚变中子束流测试闪烁体n/γ甄别性能,得到制备的闪烁体在1-15 Me V中子能区具有优良的n/γ甄别能力,表征其甄别能力大小的品质因子FOM值可达到1.30以上,在同等条件下等同甚至优于商用EJ-276的n/γ甄别性能。(2)以聚苯乙烯为基质,掺杂主荧光染料TPB、次级荧光染料DCM以及稀土荧光染料Eu(DBM)3phen,研究制备出一种以金属配体为发光中心的塑料闪烁体。荧光发射光谱和光致发光衰减、量子产率的测试工作表明,TPB和DCM荧光染料具有良好的光谱匹配性,Eu(DBM)3phen质量分数浓度为3.0wt%、TPB浓度2.0wt%、DCM浓度0.04wt%时,所制备的塑料闪烁体性能光谱性能较好;然而,初步的粒子探测实验测量显示该闪烁体没有表现出n/γ甄别能力,需要进一步优化闪烁体组分及其浓度配比,检验金属配体在闪烁体荧光能量转移过程中的高效传递作用。
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