錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)的γ測量系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著我國核技術(shù)的發(fā)展，中子源的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，由最初的核反應(yīng)逐步擴(kuò)展到核電、國防、科研、教學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)及生物研究的領(lǐng)域。建立一套中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)可以準(zhǔn)確的定度中子源強(qiáng)度，采用錳浴法并考慮修正系數(shù)的影響可以有效提高測量中子源強(qiáng)度的準(zhǔn)確性，擴(kuò)展中子源強(qiáng)度測量的范圍，減小測量結(jié)果的不確定度，可以參加國際比對，更好地開展量傳工作。中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)的研究還可以更好地滿足相關(guān)科研單位、石油測井行業(yè)、核電站等對中子源強(qiáng)度測量的需要，同時滿足日益增加的

2、中子防護(hù)儀表、個人中子劑量監(jiān)測的檢定、校準(zhǔn)需要，可以帶來顯著的社會效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益。論文依托中國計量科學(xué)研究院項目AKY0756：中子源強(qiáng)度測量方法的研究，主要通過改變錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)中MnSO4溶液濃度、溫度、流速等條件，及考慮快中子俘獲（氧、硫）、中子源對慢化中子的俘獲、中子逃逸、錳共振等修正系數(shù)來研究測量中子源強(qiáng)度的最佳條件（以Am-Be源為主），最終給出整套錳浴系統(tǒng)的探測效率及最佳的測量條件?；诖隧椖康淖罱K目的需要首先

3、建立一套錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)。 錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)包含錳浴系統(tǒng)和γ測量系統(tǒng)兩大部分，其中γ測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性、探測效率會直接影響到整個中子源基準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性、探測效率和測量數(shù)據(jù)的不確定度，所以建立錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)的γ測量系統(tǒng)是十分必要的。 本文研究的是錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)的γ測量系統(tǒng)，主要從中子源強(qiáng)度的測量原理、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)軟件設(shè)計和系統(tǒng)總體調(diào)試四個方面做了詳細(xì)的論述。具體測量流程是：使用NaI(Tl)探測器探

4、測錳浴中56Mn發(fā)射的γ射線，產(chǎn)生的信號經(jīng)過前置放大電路和主放大電路進(jìn)行信號整形放大后，輸入到單道脈沖幅度分析器，經(jīng)過單道分析器的上下閾值的幅度鑒別后輸出信號給數(shù)據(jù)采集卡，并利用LabVIEW軟件平臺開發(fā)出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件，將數(shù)據(jù)采集卡中的信號采集處理。中子源強(qiáng)度測量采用了錳浴法，它是測量中子源強(qiáng)度最常用的、最廣泛的、準(zhǔn)確度最高的一種方法。錳浴法的基本原理是：錳浴是一個體積足夠大的球狀或圓柱狀容器，里面裝滿硫酸錳水溶液。將待測量的中子源

5、懸掛于錳浴的中心，源不斷地向四周發(fā)射中子，這些中子在水中受到慢化作用。忽略介質(zhì)對快中子的吸收，則由源發(fā)出的全部中子將被慢化成熱中子，并被介質(zhì)中的55Mn和其他物質(zhì)吸收。當(dāng)源在錳浴中放置足夠長時間后，錳浴中的中子數(shù)將達(dá)到平衡狀態(tài)。55Mn吸收熱中子后變?yōu)?6Mn，56Mnβ衰變后躍遷到56Fe的激發(fā)態(tài)，然后發(fā)出γ射線返回56Fe的基態(tài)。如果中子源所發(fā)射的中子都被55Mn 俘獲，測量56Mn 發(fā)射的γ射線，就可以確定中子源的強(qiáng)度。系統(tǒng)硬件主

6、要包含探測器、高壓電源、前置放大器、主放大器、單道脈沖幅度分析器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)六個模塊，其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件。根據(jù)系統(tǒng)的性能要求選取了六個硬件模塊，其具體型號為NaI(Tl)探測器（Φ40×40mm的NaI(Tl)晶體和GDB44F型號的光電倍增管）、堪培拉3102D型號的高壓電源模塊、堪培拉2022型號的譜放大器模塊、堪培拉2030單道分析器和NI的PCI-6601型數(shù)據(jù)采集卡。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件是利用Lab

7、view8.2編程軟件設(shè)計的。軟件程序由用戶登錄、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)保存四個功能模塊組成：用戶登錄模塊可以有效地保護(hù)軟件的使用安全；參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置數(shù)據(jù)采集的方式，選擇保存不同通道的數(shù)據(jù)和不同采集方式需設(shè)置相應(yīng)的測量參數(shù)；數(shù)據(jù)采集模塊分為單次定時測量、單次不定時測量和循環(huán)定時測量三個測量方式的模塊，不同的測量方式可以滿足不同的測量需求，方便用戶使用；數(shù)據(jù)保存模塊可以記錄采集數(shù)據(jù)：測量次數(shù)、通道0總計數(shù)、通道0計數(shù)率、通道1總計

8、數(shù)和通道1計數(shù)率，并且可以直接應(yīng)用EXCEL軟件調(diào)用和處理保存過的采集數(shù)據(jù)。程序采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計，使軟件操作簡便、人機(jī)交互界面友好。經(jīng)過對程序進(jìn)行的性能測試分析，采用不同的測量方式對輸入的固定頻率信號測試得到的測量結(jié)果誤差小于0.0075％，完全可以用于測量系統(tǒng)。程序測試結(jié)束后將程序生成獨(dú)立的執(zhí)行應(yīng)用程序（EXE），方便用戶的使用同時可以防止用戶查看或更改程序，有效地保證了程序的安全性及穩(wěn)定性。此外，數(shù)據(jù)采集程序可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行

9、擴(kuò)充和剪裁，只需對軟件適當(dāng)更改即可用于不同的監(jiān)測場合，有效地提高了程序的實(shí)用性。最后，對錳浴法中子源強(qiáng)度基準(zhǔn)γ測量系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試，可以正常進(jìn)行測量，設(shè)計了多個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)測試，系統(tǒng)的測試結(jié)果為：系統(tǒng)的時間線性判定系數(shù)R2=0.999999（兩通道）；測量活度線性為: 99991034.020=R（通道0）、99778217.021=R（通道1）；系統(tǒng)重復(fù)性為：本底測量時的單次相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD＜3.5％、有源情況下的每組RSD＜0.