利用MCNPX模拟中子多重性脉冲序列采集

介绍了中子多重性测量分析方法的理论关系式以及中子脉冲序列的形成原理,并利用MCNPX与MATLAB程序模拟便携式中子符合探测器(PNCC)进行中子多重性测量,得到了铀材料的中子多重性分布,实现了中子脉冲序列的采集。实验研究验证了便携式中子符合探测器用于中子多重性测量的可行性。     

中子多重性测量装置的环境适应性研究

正中子分析技术是核材料测量的有效手段之一,其中中子多重性分析方法由于不需要预知样品信息或事先用标准样品进行刻度,便能获得好的分析结果,而被作为常用NDA测量方法之一,并已取得了显著的成效。核保障室研制的中子多重性测量装置采用3He正比计数管作为测量中子的探测器,采用中子多重性分析方法获取的中子信号,结合待测物料的同位素丰度,可准确得到其中的钚含量。     

基于快中子多重性计数器的Pu样品属性测量研究及改进

快中子多重性计数（fast neutron multiplicity counting, FNMC）分析方法能有效实现对样品属性的测量。本文在研究四阶FNMC分析方程的基础上,利用Geant4模拟搭建了1套3层、每层6个液闪的快中子多重性计数器,并确定了相关参数的数值。模拟设置外部具有1 cm厚的铁、铝、碳和不锈钢包装材料的金属Pu样品,通过方程适应性分析,该放射源基本满足设定的假设。对探测效率和多重计数率等测量参数进行模拟,当Pu样品质量在500 g以内时,由于增加碳作为包装材料,使得样品求解质量偏差增大的幅度小于1.20%,铁材料和不锈钢材料影响较小。根据测量结果,对无外壳条件下的样品进行增殖系数修正,得到三阶多项式拟合方程,拟合优度为0.933,质量在1 kg以内的样品,修正后的求解质量偏差小于6.00%。研究结果表明：1 cm厚的中重金属对Pu样品的测量影响较小,模拟搭建的快中子多重性计数器和系数修正相结合的方式实现了对样品属性的较准确测量。     

用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置

本工作优化设计建立了1套可用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置，并基于该装置开展了性能测试。结果表明，装置运行状态稳定，各项指标均在可接受范围内。同时开展了对²⁵²Cf源和标准Pu样品的实验室模拟测量等中子多重性测量研究。结果表明，该测量装置的探测效率好于15%，测量相对标准偏差为8.6%，表明在条件允许时，通过长时间信号采集，该中子多重性测量装置有能力替代基于³He管的中子多重性测量装置，通过中子多重性分析完成核保障中核材料衡算定量测量任务。     

用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置

本工作优化设计建立了1套可用于核保障中核材料衡算的液体闪烁体中子多重性测量装置,并基于该装置开展了性能测试。结果表明,装置运行状态稳定,各项指标均在可接受范围内。同时开展了对~(252)Cf源和标准Pu样品的实验室模拟测量等中子多重性测量研究。结果表明,该测量装置的探测效率好于15%,测量相对标准偏差为8.6%,表明在条件允许时,通过长时间信号采集,该中子多重性测量装置有能力替代基于~3He管的中子多重性测量装置,通过中子多重性分析完成核保障中核材料衡算定量测量任务。     

土壤样品γ谱分析自吸收校正技术研究

用点源实验方法,表征了探测器晶体的结构参数,以此为基础利用蒙卡模拟计算了不同质量样品对各种能量γ射线的线衰减系数和探测效率,进而建立了75 mm×25 mm样品自吸收校正因子F(μ)的关系式;使用标准面源模拟体源不同高度的薄层,通过γ能谱测量得到体源不同高度薄层的探测效率与其高度的函数关系式ε(h),积分获得体源探测效率,进而建立75 mm×25 mm样品自吸收校正因子随γ射线线衰减系数的变化关系F(μ),面源实验建立的F(μ)关系式与蒙卡计算得到的F(μ)关系式趋于一致。以蒙卡计算模型为依据,拓展计算了75 mm×75 mm盒装土壤样品的F(μ)函数关系,并实验验证了计算结果的有效性。利用建立的F(μ)函数关系对取自某污染场址的多个土壤样品进行测量结果自吸收校正,建立了样品质量和自吸收校正因子的函数关系F(m),并给出土壤样品自吸收校正的技术方法。     

钚部件的中子无损测量方法

采用脉冲时间序列采集分析法,根据中子多重性硬件分析原理和数据解谱算法,研制了相应的数据分析处理软件,实现了裂变链中子多重性和中子衰减常数分析测量、系统参数标定、钚质量求解等功能。利用锎源对探测器、核电子学器件与脉冲序列采集器及分析软件组成的测量系统进行了测试和参数标定。采用3个不同质量的金属钚部件进行实验测量和方法验证,测量结果与样品标称值的偏差小于15%。     

基于中子多重性方法的~(252)Cf中子强度测量算法及实验研究

252 Cf中子发射强度的获取在核技术应用中具有重要意义,为测量其绝对发射强度,分析了一种可能的替代测量算法,该算法基于252 Cf自发裂变的中子多重性分布,并结合中子在测量系统内的衰减时间行为,在不依赖测量系统探测效率和被测样品任何信息的条件下,可给出其中子强度测量值。利用5个252 Cf镀膜中子源在中子多重性测量装置上进行了实验测量,通过测量算法获取的中子强度值与账面记录值最大相对偏差为1.41%,其结果初步验证了该算法的正确性。     

含钚物料中子多重性测量技术研究

中子多重性测量技术作为一种全新的NDA分析方法，主要用于核保障领域的核材料衡算测量，是传统符合中子测量方法的改进。使用该技术可实现复杂情况下样品的准确测量。     

快中子多重性测量模拟仿真平台设计与分析

快中子多重性测量技术是一种重要的属性认证技术。本文在研究基本理论的前提下,采用蒙特卡罗(MC)方法,利用Geant4仿真工具箱和MCNPX对系统结构和探测过程进行模拟,利用Matlab对快中子多重性分布进行求解,设计和开发了具有自动建模、中子输运、数据可视分析与仿真以及云平台管理数据等多功能的快中子多重性模拟仿真平台。利用该平台对快中子多重性进行了模拟计算和实验研究,得到的快中子多重性分布与理论结果相吻合,仿真平台本身实现质量互检,仿真结果与实验结果之间的偏差均小于±10%。研究结果表明,该快中子多重性模拟仿真平台具有较强的适用性和可靠性,可以应用于核材料的模拟测量中。     

Variance analysis for passive neutron multiplicity counting

Passive neutron multiplicity counting is widely used as a nondestructive assay technique to quantify mass of plutonium material. One goal of this technique is to achieve good precision in a short measurement time. In this paper, we describe a procedure to derive mass assay variance for multiplicity counting based on the threeparameter model, and analytical equations are established using the measured neutron multiplicity distribution.Monte Carlo simulations are performed to evaluate precision versus plutonium mass under a fixed measurement time with the equations. Experimental data of seven weapons-grade plutonium samples are presented to test the expected performance. This variance analysis has been used for the counter design and optimal gate-width setting at Institute of Nuclear Physics and Chemistry.     

Research and Improvement of Pu Sample Property Measurement Based on Fast Neutron Multiplicity Counter

Fast neutron multiplicity counting (FNMC) analysis method can effectively measure the properties of samples. Based on the fourth-order FNMC analytical equations, a set of three-layer fast neutron multiplicity counters with six liquid scintillators per layer was constructed for Geant4 simulation, and the values of related parameters were determined. Metal Pu sample with 1 cm iron, aluminum, carbon, and stainless steel packaging material was externally simulated, and the sample satisfied the assumption by the equation adaptive analysis. The measurement parameters such as detection efficiency and multiplicity counting rate were simulated. When the mass of Pu sample is less than 500 g, the increase of sample solution mass deviation is less than 1.20% with carbon as packaging material, and the influence of iron material and stainless steel material is less. According to the measurement results, the self-multiplication factor was corrected for the sample without shell, and the third-order polynomial fitting equation was obtained and the goodness of fit is 0.933. The corrected solution mass deviation of sample with mass less than 1 kg is less than 6.00%. The results show that the medium-heavy metal with thickness of 1 cm has little effect on the measurement of Pu samples. The combination of the fast neutron multiplicity counter and the coefficient correction method can achieve more accurate measurement of the sample properties.     

活性炭吸附-液闪法测量建材氡析出率的研究

为实现建材样品氡析出率的自动化测量,本文研究了一种活性炭吸附-液闪测量建材氡析出率的方法,并通过比较活性炭吸附-液闪法与活性炭吸附-γ能谱法在氡析出率标准装置、铀矿砂水泥砖及发泡砖表面测量值之间的差异,验证该方法的准确性。测量结果表明：活性炭吸附 液闪法可在一定条件下忽略反扩散的影响;根据制备的C-LS-Rn标准源可得其刻度系数为72.36 min^-1•Bq^-1,对氡的计数效率为120%;累积时间为72 h的最小可探测氡析出率为8.15×10^-4 Bq/(m²•s);该方法与活性炭吸附-γ能谱法测量结果的相对偏差为10%左右,在可接受范围内。     

放射性活度计量的数据处理

符合法、液体闪烁法数法和电离室法是放射性活度的计量中重要的方法，本文介绍了使用这些方法测量放射性活度的数据处理。     

D-D次生源计数对密度测量的影响

为研究D-D源密度测量过程中俘获γ计数对密度测量的影响,本文首先分析D-D源密度测量的原理,其次研究D-D源与地层反应产生的γ射线类型,并采用蒙特卡罗模拟方法对比分析了D-D源和D-T源密度测量过程中次生γ强度高低。结果表明,D-D源密度测量过程中次生γ以俘获γ为主;尽管D-D源的中子产额远低于D-T源,但在源距大于50 cm后低孔隙地层中D-D源俘获γ计数高于D-T源非弹γ计数;此外,高孔隙地层中D-D源俘获γ计数也可以通过调整源距大小满足密度测量的要求。因此,使用D-D源测量的次生γ计数能够满足密度测量的统计精度要求。     

相对湿度对气球法测氡的影响

本文报道作者在气球法测氡应用中积累的有关相对湿度对其影响的数据和为此目的所作的一些实验研究的主要结果。结果表明,气球法测氡计数随相对湿度的增加而明显增加。文中强调在相对湿度变化较大的地表大气中应用气球法时,需了解当地的相对湿度变化范围,并用实验测定不同相对湿度下的刻度系数;即使在相对湿度变化较小的矿井下,亦宜按不同深度的采掘段,分别测定相应的刻度系数;且均应定期刻度。     

Analysis and improvement of the influence of sample shape on Pu measurement results

ABSTRACT

The analysis method of Fast Neutron Multiplicity Counting (FNMC) plays an increasingly important role in the measurement of nuclear material properties. Based on the assumption of point model, fast neutron multiplicity measurement equation is derived which can be used to measure the mass of Pu sample. However, the deviation of the simulated measurement of 1 kg Pu sample reaches 16.6% and increases with mass. Because nonpoint source samples of different shapes do not fully satify the hypothesis. To correct this deviation, a set of fast neutron multiplicity counters was built by Geant4 to simulate and study the mass attribute of Pu samples.The cylindrical sources of different shapes and different masses were simulated, the self-multiplication factor and α coefficient were corrected.And the corresponding third-order polynomial fitting equation was obtained, the goodness of fit was greater than 0.970. In the same way, the spherical and spherical shell source samples in the mass range of 0–5 kg were analyzed, the corrected mass deviation of samples was less than 10% in this interval. The results show that the combination of the fast neutron multiplicity counter and parameter correction can accurately measure the sample mass attribute.     

海洋放射性监测技术——现在与未来

海洋放射性监测是测定海洋中的放射性核素,围绕采样—制样—测量—数据分析这样一个过程实施。测量对象的放射性水平决定了所能利用的仪器设备、采样量、采样方法和制样方法。海洋的放射性是低水平或极低水平的,所以低本底测量仪器和大体积采样是海洋放射性监测的主要特点。有2条途径解决目前存在的大体积采样和样品处理的困难。一种是发展自动采样和制样系统,单核素快速富集可能是可行的技术路线。另一种是发展质谱学方法,特别是加速器质谱学方法,可以成十倍或百倍地减小样品需要量,可以极大地减小采样和制样工作的困难。浮标技术结合现代通信方法可能是核工厂和核电厂环境监测的自动化方法。走航测量可能是核事故后高放射性水团追踪的有效方法。这2种技术都是海洋放射性监测有待发展的技术,或等待填补的空白。