中子灵敏涂硼材料组合探测器及n/γ辐射场实验测试

【摘要】：实际辐射场中往往存在多种粒子，因此需要研发混合场测量装置和混合场测量技术。针对n/γ辐射场，本工作研制了一套宽量程、高灵敏度组合探测器，它由圆柱形硼衬正比计数管和平板型涂硼电离室组成。硼衬正比计数管用于工作在脉冲模式下监测小通量中子辐射场；涂硼电离室具有高灵敏度，用于工作在累积电流模式下测量大通量中子辐射场。 本工作首先突破了涂硼中子探测器的瓶颈——实验室中子灵敏层硼膜制作技术，探测器经实验室调试和辐射场测试，获得了良好的中子测量特性、坪特性及灵敏度等参数。针对目前国内缺乏实验室浸脂涂硼中子灵敏层制作技术，本文以1,2-二氯乙烷为溶剂、Formvar树脂充当粘合剂，研发了两种简便、实用的硼膜涂抹工艺——浸涂和刷涂，并优化得出了最佳制作方案。浸涂中树脂和硼粉质量比最小值为5.0，而刷涂时最佳值为0.2。文中还研究了混合溶液的配制、浸涂、刷涂、恒温烘干等详细工艺过程，最后总结了两种工艺的优劣。 经仿真分析、材料性能测试、机械设计和加工、系统组装、真空系统搭建、工作气体调试、实验室单元测试和组合测试等多个环节后，研制的圆柱形硼衬正比计数管实现了较好的特征参数。在100mCi的Am-Be中子源辐射场中，正比计数管充入0.4atm的P10气体后测得其坪长为100V，坪斜为13.2%/100V，工作电压为800V。硼衬正比计数管的主放输出脉冲宽度为1.26μs，脉冲上升时间是370ns，当计数率为1.0×10~5cps时对应脉冲堆积概率约3.6%。 在100mCi的Am-Be中子源辐射场中，本工作研制的平板型涂硼电离室充入0.4atm的P10气体后在200V时已完全收集，电离室坪长为500V，坪斜为3.72%/100V。电离室在200V处的漏电流为0.2pA，中子灵敏度达1.0×10~(-15)A/(cm~(-2)·s~(-1))。在10mCi的γ源~(137)Cs辐射场中，电离室坪区的平均信号电流为1.23pA，而在活度均为10mCi的~(137)Cs和~(90)Sr的共同辐射场中为1.63pA。电离室γ灵敏度达9.0×10~(-16)A/(MeV cm~(-2)·s~(-1))，也可写为实用单位1.42×10~(-12)A/(R h~(-1))。 本工作开发了简便、实用的实验室浸脂涂硼技术，无需大型实验平台便实现了中子灵敏层制作。目前国内涂硼电离室的漏电流通常在50~100pA量级，中子灵敏度在10-~(14)~10~(-13)A/(cm~(-2)·s~(-1))量级，γ灵敏度在10~(-12)~10-11A/(R h~(-1))量级，可知本工作电离室性能已达国内先进水平。此外本文还结合Bonner球测量技术，使组合探测器实现了中子能谱的测量。