【摘 要】
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中子毒物作为一类高中子吸收截面的元素,常用于辐射屏蔽和反应堆设计领域,在板状结构中掺杂中子毒物来制作中子屏蔽材料,在板状核燃料中掺杂中子毒物进行反应性控制。对于这些板状材料,中子毒物分布不均匀会严重影响其使用性能。目前常用的检测方法只能对内部结构缺陷或者表面元素分布进行测量,不能有效实现对其内部的元素分布检测。本研究中采用瞬发伽马射线活化成像技术（PGAI）对板状结构中的中子毒物分布进行测量。该方
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中子毒物作为一类高中子吸收截面的元素,常用于辐射屏蔽和反应堆设计领域,在板状结构中掺杂中子毒物来制作中子屏蔽材料,在板状核燃料中掺杂中子毒物进行反应性控制。对于这些板状材料,中子毒物分布不均匀会严重影响其使用性能。目前常用的检测方法只能对内部结构缺陷或者表面元素分布进行测量,不能有效实现对其内部的元素分布检测。本研究中采用瞬发伽马射线活化成像技术（PGAI）对板状结构中的中子毒物分布进行测量。该方法将准直扫描结合瞬发伽马射线中子活化分析技术,对不同区域释放的特征伽马射线进行检测,分析该区域的元素种类和含量。目前PGAI技术主要在反应堆、大型加速器上开展,受中子通量影响较大。本研究中采用密封D-T中子发生器作为中子源,在低中子通量下实现PGAI的应用,同时优化设计了基于紧凑D-D中子发生器的成像系统。主要研究工作和成果包括:（1）设计了基于密封D-T中子发生器的PGAI系统。以密封D-T中子发生器作为中子源,选择硼元素作为待测的中子毒物,利用MCNP软件对成像系统进行设计。为了获得较高的热中子通量和降低进入探测器的伽马噪声,对中子源项系统的慢化倍增体和反射体、探测系统的准直屏蔽结构以及针对实验人员的辐射屏蔽结构进行了设计和优化。（2）对板状样品内中子毒物进行检测。根据设计方案,搭建了成像系统。采用箔活化法对慢化结构表面的热中子通量进行了测量,与模拟结果相符。利用该系统,对硼元素分布均匀和不均匀的两组板状样品进行扫描测量,根据标定的校准曲线,确定了不同区域的硼酸浓度。结果表明了该方法在小型中子发生器上开展的可行性。（3）设计了基于紧凑D-D中子发生器的PGAI系统。根据D-T成像系统的测量结果,确定了系统的优化方向,基于紧凑D-D中子发生器设计了PGAI系统。采用重水作为慢化体材料,减少氢元素伽马噪声干扰,同时采用Li F对中子进行准直,减少测量点周围区域伽马噪声的影响。与D-T成像系统中进入探测器的伽马、中子能谱进行比较,证明D-D成像平台设计的有效性。针对该成像系统,模拟结果表明在更小的空间分辨率下,可实现样品硼酸含量分布的检测。本研究对PGAI技术应用于板状材料内中子毒物的检测进行了探索,采用小型中子发生器作为中子源,拓宽了该技术的使用场景。
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