[发明专利]一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法

说明书

技术领域

本发明属于核燃料非破坏分析(Non-Destructive Assay,以下简称NDA)技术领域，具体涉及一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法。

背景技术

核材料(主要是铀和钚)的NDA测量方法一般可分为中子测量法、γ射线测量法、量热法等。由于中子具有较强的穿透性，使其测量质量较大的核材料时相比其他方法具有显著的优势，某些情况下也是唯一可行的测量技术。与γ测量不同，裂变中子能谱是连续谱，因此中子测量通常主要是测量中子的计数率以及时间关联符合谱等确定样品相关参数。

中子测量技术主要用于含Pu/U物料的精确定量分析、常规样品分析、库房盘存、Pu/U生产线闭合衡算等方面。另外，中子测量技术还可以用于军控核查等相关领域。

中子测量方法主要有以下三种：总中子测量方法、符合中子测量方法和多重性测量方法。相比总中子测量和符合中子测量方法，多重性测量适用范围更广，并且在测量精度上有明显优势。

钚材料自发裂变中子产额较高(自发裂变率：473.5/(s*g))，而铀材料的自发裂变中子产额很低，因此核保障领域中中子的测量始于钚样品的测量研究。钚的中子测量一般为被动法，无需外加激发源；而铀材料的测量一般为主动法，需要外加质询源。

多重性测量是通过测量数个中子多重性测量参数(总中子计数率，二重符合中子计数率，三重符合中子计数率)，然后求解描述这些测量参数和样品未知参数(对钚，为自发裂变率F，泄露自增殖系数M，(α，n)反应率α；对铀，为诱发裂变率F，泄露自增殖系数M)之间关系的方程组。在求解出F值和M值后，即可确定²⁴⁰Pu的等效质量(对铀样品，则为²³⁵U的质量)。

建立描述样品未知参数与测量参数之间关系的方程组是中子多重性测量方法数据分析方法的核心。而该方程组是在一定的假设近似下，进行理论推导得到的。

传统中子多重性测量技术采用³He中子探测器。³He对γ射线不敏感，对热中子具有很大的俘获截面，而裂变中子以MeV量级的快中子为主，因此测量装置都用很厚的聚乙烯材料包裹，以达到慢化快中子的目的。

尽管³He测量技术目前已经比较成熟，但近年来由于³He全球供应的短缺(核武器生产大幅削减)以及价格上涨，导致设备成本较为高昂，这限制了其大规模的推广应用，因此有必要研究其替代探测器以及相应分析技术。而且³He测量的是慢化后的热中子，其偶然符合本底较高，这在一定程度上影响了其测量精度。

液体闪烁体探测器价格远低于³He,并且能直接测量快中子，能最大程度上保留时间关联中子之间的时间关联信息，同时偶然符合本底极低。另外，近年来，与闪烁体探测器相关的n/γ甄别技术以及高时间分辨率的时间计数器等都有较快发展。基于以上这些原因，液体闪烁体探测器成为一种十分有发展前景的新型中子多重性计数器。

目前国内外在液体闪烁探测器中子多重性测量方面的研究还处于原型装置的Monte Carlo模拟计算、设计和改进中，如何通过测量参数求解样品未知参数的数据分析方法还是个亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，采用该方法能得到核燃料被测样品未知参数的稳定可靠的分析结果。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，包括以下步骤：建立基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量的数学模型，该数学模型为关联各重符合计数率和样品未知参数的方程组；采用多个液体闪烁探测器探测样品源中子裂变过程，得到中子计数率，进而得到各重符合计数率；将测得的各重符合计数率代入所述方程组，求解该方程组，获得样品未知参数。

进一步，所述方程组的表达式为：