中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

中子照相CCD成像系统反射镜引入本底分析

 在基于CCD相机的中子照相系统中,反射镜距离闪烁屏太近就会将部分荧光反射回闪烁屏,将闪烁屏照亮,入射中子束的少部分还会被反向散射回闪烁屏,形成图像本底叠加在图像上,对定量分析和CT重建结果产生影响。为此建立了反射镜所引入反射分量的计算方法,可根据闪烁屏受照分布和反射镜参数计算反射分量的分布,并对中子反向散射进行了蒙特卡罗模拟,计算结果与实验测量的本底分布规律相符。     

厚闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响研究

利用编制的快中子照相数值模拟程序(FNRSC)模拟计算了入射中子能量为14 MeV时,厚度5—300 mm闪烁体内次级中子对快中子图像质量的影响,结果表明闪烁体厚度d<50mm时,次级中子对图像的影响强烈依赖于闪烁体厚度,而当d>50 mm时,次级中子对图像的影响趋于饱和.将文献中利用蒙特卡罗中子-光子输运程序(MCNP)计算的次级中子对图像影响和文中计算结果进行了对比,给出了二者存在差异的主要原因：次级中子分布对入射中子空间分布的强烈依赖性;能量沉积和荧光输出这两种计算方法对 关键词： 14 MeV中子 快中子照相 次级中子 Monte Carlo模拟     

14MeV中子照相中散射中子对成像影响的Monte Carlo模拟

依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离d<5cm时，样品中的散射中子对图像的影响强烈依赖于d，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm³时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和. 关键词： 14MeV中子 快中子照相 散射中子 Monte Carlo模拟     

中国散裂中子源反角白光中子源束内伽马射线研究

在基于白光中子源的中子核反应测量中,伴随中子束的伽马射线是重要的实验本底之一.本文对中国散裂中子源反角白光中子源的束内伽马射线进行了研究.通过蒙特卡罗模拟,得到了伽马射线的能量分布和时间结构.通过直接测量和间接测量两种方法测得低能中子区的束内伽马射线的时间结构.直接测量实验中,将载6Li的ZnS(Ag)闪烁体探测器置于束流线上,通过飞行时间法直接测量束内的中子和伽马射线的时间结构,并利用波形甄别技术进行粒子鉴别.间接测量法是将铅样品置于束流线上,利用C6D6闪烁体探测器测量样品上的散射伽马射线,从而得到入射伽马射线的时间结构.实验测量结果与模拟结果在12μs—2.0 ms的时间区间内具有较好的一致性.     

高灵敏度的快中子照相系统

快中子照相系统由闪烁光纤阵列和科学级可见光CCD等元件组成. 14 MeVD-T聚变中子在穿透样品后进入50 mm×50 mm闪烁光纤阵列，中子辐射转换为中心波长496 nm的绿光. 光纤阵列长100 mm，光纤截面500 μm×500 μm，100×100根闪烁体光纤组成阵列. 阵列对14 MeV中子探测效率经估算可达21.4%. CCD与光纤阵列之间采用反射镜和透镜耦合方式，使CCD避开中子源直接辐照. 综合考虑光纤尺寸、CCD记录噪声及中子源与受照样品几何关系等因素，理论上系统可获得整体分辨率1.5 mm的中子图像. 在K400直流加速器中子源上进行了初步实验，获得了中子图像.     

中子照相数值模拟与实验的对比

 介绍了热中子照相的MCNP数值模拟方法，模拟了300＃反应堆Maxwell谱热中子束穿透样品射到转换屏的过程，给出了热中子对铝、铅、铁、铜的穿透能力，分析了引起模拟与实验结果不同的原因。通过模拟得到了清晰的图像，对比数值模拟与在300#反应堆中子照相装置上的实验结果，数值模拟结果图像与实验结果图像非常相似；散射中子对图像的影响也符合相同的规律，随着样品与转换屏之间的距离的增大，散射中子对结果图像的影响越来越小，当样品与转换屏之间的距离为样品尺寸的2倍时可以忽略散射中子的影响。     

不同厚度镥样品中子俘获反应实验研究

C₆D₆闪烁体探测系统结合脉冲权重技术被广泛应用于中子俘获反应截面测量研究.实验中采用的样品厚度直接影响中子束流时间,同时也影响实验数据的可靠性.本文基于中国散裂中子源反角白光束线(CSNS Back-n)C₆D₆探测系统,对比研究了不同厚度的镥(Lu)样品中子俘获反应截面的实验测量.利用GEANT4蒙特卡罗程序模拟了考虑样品厚度的探测系统光响应,计算出精确的脉冲权重函数.实验中,通过采用较长中子飞行距离和本底测量,得到了高精度的共振区产额分布.通过R矩阵理论分析产额分布,得到了相应的实验共振参数.结果发现,较厚Lu样品因其厚度效应导致共振曲线发生变化,实验共振参数与ENDF/B-Ⅷ.0评价数据库差距较大;然而,较薄Lu样品实验结果能够很好地再现ENDF/B-Ⅷ.0评价数据.     

组合闪烁探测系统的中子能量响应测量

在n、γ混合脉冲辐射场的裂变中子测量中，为了抑制γ内本底，提高探测系统的信噪比，采用加Pb过滤片的方法，建立了两套组合闪烁探测系统，即：“Pb过滤片加塑料闪烁体加光电倍增管”系统(简称组合PMT系统)、“Pb过滤片加塑料闪烁体加光电管”系统(简称组合PD系统)。通过理论计算和多能点实验标定，获得了在厚度为3cm的Pb过滤片条件下，不同厚度的ST．40l、ST-1422或ST-1423闪烁体的组成的“组合PMT系统和组合PD系统”的中子灵敏度能量响应。     

Gamma全吸收型BaF2探测装置中子屏蔽体与吸收体的研究

中国原子能科学研究院已经建造完成了我国第一套全吸收型BaF₂探测装置，采用瞬发γ测量法，精确测量中子俘获反应截面。中子源是利用HI-13串列加速器产生的脉冲化质子束，通过7Li(p, n)7Be反应建立。为了有效降低周围环境材料和探测器产生的散射中子本底，约束中子束流的形状，使用MCNP程序模拟设计了屏蔽体，采用含硼聚乙烯(B₄C质量分数为5%)包裹5 cm铅的方案，以及准直器采用平行孔的方案。该设计使样品处的中子束斑平整均匀，直径约为2 cm，束斑外的中子注量降低5个数量级，γ注量降低3个数量级。同时设计了中子吸收体(外半径为10 cm，厚度为7 cm)用于吸收待测样品产生的散射中子。MCNP和GEANT4程序的模拟结果表明:选择含硼聚乙烯(10B₄C质量分数为10%)作为中子吸收体的加工材料，其中子吸收率达到了80%，并设置1 MeV的能量加和阈，能够满足在线测量中子俘获反应截面的实验要求。     

ICF中子产额测量中统计涨落分析及计算

 塑料闪烁探测器通常用来测量氘氘、氘氚聚变中子产额。中子在闪烁体中产生的质子数的统计涨落及质子在闪烁体中沉积能量的统计涨落为测量结果引入了两项不确定度分量。以氘氚聚变中子为例,分析了这两种统计涨落的概率密度函数的计算方法,该计算方法也适用于其它能量的单能快中子和塑料闪烁体作用的相应计算。     

4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度

对4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度进行了理论和实验研究。采用蒙特卡罗方法模拟了不同能量中子和不同厚度裂变靶产生的裂变碎片在4He中的能量沉积,计算结果表明:中子在4He气中的能量沉积曲线和裂变碎片的能量沉积曲线能够互补,从而使探测器对中子的能量响应变得更平坦;探测器的中子灵敏度为10-15 Ccm2量级。并对探测器的中子灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果较为一致。     

Uncertainties induced by statistical fluctuations in fast monoenergetic neutron yield measurements

A plastic scintillation detector was used to measure the yield of deuterium-deuterium (DD) neutrons or deuterium-tritium (DT) neutrons. Collisions of fast neutrons with hydrogen nucleus in a scintillator generated recoil protons, the energies of which were fully deposited in the scintillator. The statistical fluctuation of the protons' number and that of the protons' total energy were two sources of measurement uncertainty. Based on DT neutrons, this paper represents the algorithms of computing the probability density functions of the two sources. Uncertainties of the measurement induced by statistical fluctuations were finally computed by constructing the probability density functions of the proton number and that of the neutron number.     

Simulation of 12C+12C elastic scattering at high energy by using the Monte Carlo method

The Monte Carlo method is used to simulate the ¹²C+¹²C reaction process. Taking into account the size of the incident ¹²C beam spot and the thickness of the ¹²C target, the distributions of scattered ¹²C on the MWPC and the CsI detectors at a detective distance have been simulated. In order to separate elastic scattering from the inelastic scattering with 4.4 MeV excited energy, we set several variables: the kinetic energy of incident ¹²C, the thickness of the ¹²C target, the ratio of the excited state, the wire spacing of the MWPC, the energy resolution of the CsI detector and the time resolution of the plastic scintillator. From the simulation results, the preliminary establishment of the experiment system can be determined to be that the beam size of the incident ¹²C is φ 5 mm, the incident kinetic energy is 200-400 A MeV, the target thickness is 2 mm, the ratio of the excited state is 20%, the ight distance of scattered ¹²C is 3 m, the energy resolution of the CsI detectors is 1%, the time resolution of the plastic scintillator is 0.5%, and the size of the CsI detectors is 7 cm×7 cm, and we need at least 16 CsI detectors to cover a 0° to 5° angular distribution.     

CeF3闪烁探测器对DD中子的相对灵敏度

 用国内近年新研制的CeF₃闪烁体和常用闪烁体ST401分别配特性相同的光电倍增管，构成两种闪烁体探测器，在强度不随时间变化的DD中子源场中测量了这两种闪烁探测器的相对灵敏度，测量结果表明：CeF₃闪烁探测器对DD中子的灵敏度比同尺寸ST401的灵敏度低一个量级以上。     

快中子照相中的点扩展函数计算

 快中子照相中，基于反冲核原理探测快中子的有机闪烁体平板是普遍采用的快中子辐射转换体。模拟了D-T中子垂直入射BC400闪烁体平板，计算了不同厚度平板闪烁体的点扩展函数，对14.1 MeV快中子照相中闪烁体固有分辨率随厚度的变化进行了研究。计算结果表明，在不考虑二次中子与闪烁体作用及背景噪声等情况时，点扩展函数几乎不依赖于闪烁体厚度。同时，计算还表明在一定的分辨率范围内，由于荧光收集效率的限制，闪烁体厚度增加并不会改善图像对比度。     

Neutron light output function and resolution investigation of the deuterated organic liquid scintillator EJ-315

In this paper we investigate the light response to fast neutrons and estimate the pulse height resolution of a deuterated liquid organic scintillator, EJ-315, considering the detector's non-linear light response to gamma-rays. Initially, collision data and a neutron beam trigger are recorded in coincidence mode, and incident neutron energy is calculated with a time-of-flight technique. Fast neutrons are further discriminated from gamma-ray background based on the scintillation material decay patterns using a pulse shape discrimination algorithm. A light response matrix composed of multiple neutron energy and their corresponding light outputs is derived. The pulse height resolution property of the EJ-315 is characterized utilizing the derivatives of the pulse height distributions with corrections of the measurements setup uncertainties. Additionally, the EJ-315's pulse height resolution is also characterized by comparing the smoothed derivatives of quasi-monoenergetic neutron pulse height distributions, given by the Peierls-formula-based analytic model, to match the measurement data. Results show rather consistent 10–13% pulse resolution for mono-energetic neutrons with kinetic energy above 2 MeV. The resolution decreases slightly with an increase in neutron energy indicating the improved resolution performance of EJ-315 in the higher energy events.