[实用新型]一种载Gd液闪的多单元4π立体角探测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于中子物理领域，具体涉及一种载Gd液闪的多单元4π立体角探测系统。

背景技术

(n，2n)核反应在反应堆内起中子增值的作用，所以可裂变核的(n，2n)反应截面的准确测量在核能以及核技术利用方面具有非常重要的意义^[1]。人们采用多种方法来开展这一工作，活化法是其中常用的一种手段，但是它要求剩余核有合适的半衰期，此外，该方法对样品的纯度以及中子源的强度有较高的要求^[2]。瞬发γ射线法是一种与核反应理论模型相结合的测量方法，但它较强地依赖于核反应理论模型，给测量结果带来较大的不确定度^[2]。

作为直接测量法的一种，Frehaut等人在1976年提出的大闪烁液体球方法具有较高的探测效率，它的基本原理是，两半球形的容器内装有载Gd的液体闪烁体，容器周围嵌以十几根光电倍增管，用以收集光脉冲信号。单能脉冲中子源经准直后照射位于系统几何中心的样品，中子与样品发生(n，2n)核反应后产生的中子很快被液闪慢化，并产生中子脉冲(通常称为快信号)。由于Gd同位素具有较高的热中子俘获截面，所以中子最后被Gd俘获。处于激发态的Gd同位素会发射总能量为8MeV左右的级联γ射线，这些γ射线引起的脉冲信号称为慢信号，通过对这种级联γ射线的测量可以确定(n，2n)反应截面的大小。这种方法具有较高的中子探测效率(80％左右)，不依赖于核反应理论模型，对剩余核的半衰期也没有要求。但这种方法在测量可裂变核的(n，2n)截面时，不能区分两中子事件是来源于(n，2n)反应还是裂变反应。此外，系统具有较大的灵敏体积，环境、样品中的γ射线的符合相加效应明显，这导致了较高的γ本底。由于探测系统内产生的γ射线会使所有光电倍增管响应，使得系统具有过高的计数率。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种具有较高的中子探测效率、较强的(n，γ)分辨本领和较低的死时间的多单元4π立体角探测系统，本实用新型由40个液体闪烁探测器组成、适用于(n，2n)核反应截面较低的测量工作的多单元4π立体角的探测系统。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种载Gd液闪的多单元4π立体角探测系统，由40个载Gd的液体闪烁探测器组成，所述载Gd的液体闪烁探测器横截面形状分别为五边形和六边形，本实用新型包括10个正五边形的探测器和30个六边形探测器，所述正五边形探测器的周围无缝连接5个六边形探测器，所述40个载Gd的液体闪烁探测器横截面构成了一球内接多面体，所述探测系统中心留有一空腔，用于放置待测样品，沿球内接多面体中心轴设有中子束流通道。

进一步的，所述中子束流通道横截面为正五边形。

所述载Gd的液体闪烁探测器外壳为硬铝，所述硬铝厚度优选为3mm。

所述载Gd的液体闪烁探测器内装有EJ-331型的液闪，液闪中掺以质量百分比浓度为0.5％的Gd同位素。

进一步的，探测器之间用螺丝固定。

所述探测系统空腔半径为15cm。

优选地，所述探测系统探测器的厚度为30cm。

正5边形探测器前、后横截面的边长分别为5.24cm和15.71cm，六边形探测器前后表面的边长为5.24cm、6.03cm和15.71cm、18.08cm。

所述正五边形和六边形探测器的厚度均为30cm。

探测器内所盛液闪的C、H比约为3：4，密度为0.87g/cm³，掺Gd后的质量密度为0.9g/cm³。

本实用新型的有益效果为：

1)这种多单元的构造可降低单个探测器的计数率，从而减小死时间。

2)它还具有一定的(n，γ)分辨本领，能有效减小环境γ本底对测量结果的影响，在对可裂变核的(n，2n)截面进行测量时，将样品置于裂变室内，用裂变室信号做反符合则可以减小裂变中子对测量结果的影响。

3)用于该探测系统的裂变电离室是多靶片快裂变室，具有约90％的探测效率。

4)裂变室和该液闪探测系统构成的这一研究平台，还可用于非裂变核的(n，2n)截面的测量，以及中子的角分布及角关联等的测量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为中子束流通道示意图；

图3为正五边形探测器结构示意图；

图4为六边形探测器结构示意图；

图5为正五边形探测器横截面；