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载~6Li塑料闪烁探测器性能研究

王立宗  
【摘要】:塑料闪烁探测器因其具有对辐射粒子探测效率高、发光效率高、以及时间响应较快等优点,因此在脉冲辐射测量,尤其在脉冲裂变中子的测量中得到了广泛的应用。但是在E_n≦1MeV能区,普通塑料闪烁探测器中子灵敏度都随着中子能量的降低而较快地降低,这个特点决定了塑料闪烁探测器不利于对低强度脉冲裂变中子总数测量。 因此研制一种对低强度中子灵敏度较高的新型塑料闪烁探测器成为迫切需求。文中提到的载~6Li塑料闪烁探测器是一种针对低强度脉冲裂变中子测量的新型探测器。~6Li与中子的核反应具有反应能高、次级带电粒子能量大等特点,其与中子的作用截面随着中子能量的降低而升高,理论计算表明:~6Li的掺入能较大提高探测器对低能中子探测的灵敏度。 本文提出研制了载~6Li塑料闪烁探测器,利用载~6Li塑料闪烁探测器中子灵敏度、γ射线灵敏度的理论计算公式,计算了闪烁探测器对中子、γ射线的能量响应。实验上对载~6Li塑料闪烁探测器的部分特性参数,如中子、γ射线能量响应、探测器的时间响应、透光率等作了深入的研究。对实验数据作了全面分析处理,取得了一系列有创新性的研究成果。 通过K~400加速器以及原子能科学研究院串列加速器中子源对载~6Li塑料闪烁探测器中子灵敏度进行了实验标定,给出了载~6Li塑料闪烁探测器随着掺杂~6Li浓度变化的中子能量响应曲线。同时,实验还得到了同一尺寸闪烁探测器的中子灵敏度随~6Li质量浓度的变化关系。这次实验的突出进步是在对探测器的低能中子灵敏度标定方面取得了进展,得到了较好的实验数据,第一次用实验观察到了载~6Li塑料闪烁探测器的~6Li对探测器中子灵敏度的贡献。 利用~(60)Co、~(137)Cs等衰变放出的0.662MeV、1.25MeV的γ射线,采用直流电流法对新研制的载~6Li塑料闪烁探测器的γ射线灵敏度进行了实验标定,得到了一批有价值的实验数据。利用实验数据与理论计算结果比对的方法确定了探测器γ射线灵敏度理论计算公式中的参数,如闪烁体的发光自吸收因子、校正因子等,以获得载~6Li塑料闪烁探测器基于理论计算并用实验结果校正的宽能量范围γ射线响应曲线。 在中国工程物理研究院核物理与化学研究所的三通道ps级脉冲发生器上,对载~6Li塑料闪烁体的时间响应进行了实验标定。实验表明载~6Li塑料闪烁探测器的时间响应半宽度约为6~9ns,~6Li的加入使得闪烁体的时间响应变慢。载~6Li塑料闪烁探测器的时间响应变慢问题有待进一步研究。 在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的Lamda900紫外-可见-近红外分光光度计上利用波长范围200nm~1100nm的光谱对载~6Li塑料闪烁体的透光率进行了实验研究。得到了该闪烁探测器的透光率曲线和自吸收曲线。 实验结果表明,闪烁体的透光率随“Li浓度的增加而下降,与载6Li塑料闪烁探测器辐 射粒子灵敏度标定实验结果吻合。


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