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随着核材料的使用及其非法交易活动的日益增多,寻找和定位隐藏核材料成为一个亟待解决的问题。钚是其中最危险的材料之一,主要发射弱贯穿性的α粒子和x射线,不易被探测;但其偶质量数同位素,主要是240Pu,发射的少量裂变中子是强贯穿性的,甚至通过较厚的铅或混凝土屏蔽层也能被探测到。但目前大多数中子探测器都是为测量剂量率而设计的,其慢化体、吸收材料、探测器布局等对于裂变中子测量而言往往不是最佳的。
因此,开展用于钚探查的高灵敏裂变中子测量技术研究是本论文课题的主要任务。
本文所要设计的探测器主要用于240Pu自发裂变中子测量,而钚材料中通常含有较少量的240Pu,50克军用钚材料在1米处每平方厘米面积上每秒只发射0.008-0.03个中子,并且240Pu能量范围宽,包括热中子到快中子整个范围。因此要求所设计的探测器具有高灵敏度和宽能量响应范围。
本论文分四部分介绍了用于钚探查的高灵敏裂变中子监测仪的研制方案。
第一部分介绍了研制用于钚探查的高灵敏裂变中子侦测仪的意义及目前中子探测器的发展与现状,提出了研究目标及研究方法。
第二部分用MCNP程序计算了探头的有关参数,如计数管的尺寸及充气压、慢化体厚度和镉片吸收体厚度,也计算了探头对240Pu、锎源和镅铍源的灵敏度。本部分还将蒙特卡罗计算方法与国外实验结果作了比较。
第三部分给出了用于钚探查的高灵敏裂变中子监测仪的探头和电子学部件的设计方案。
第四部分是讨论和展望。
本文对MCNP程序计算的合理性进行了验证,结果说明本文程序运用正确,计算结果可信。通过用MCNP程序模拟计算及优化选择,所设计的中子探测器的灵敏度达到45 cps/(n·cm-2·s-1),能量响应范围为2.5×10-8MeV~10 MeV,可以在10s探测到1m处的10g反应堆级钚或者50g的武器级钚。