[发明专利]基于氦-3的中子多重性自适应测量装置及测量方法

说明书

基于氦‑3的中子多重性自适应测量装置，包括探测组件，探测组件包括中子多重性探测器和探测器屏蔽体，探测器屏蔽体包括2组外层探测器屏蔽体及2组内层探测器屏蔽体，外层探测器屏蔽体和内层探测器屏蔽体内各设置有1组中子多重性探测器，中子多重性探测器的一端与电动推杆相连接，电动推杆通过电动推杆控制器设置于转台上；测量腔支架与探测器屏蔽体之间设置有电子学盒、转台控制器及工控机，工控机通过通信端口分别与电子学盒、转台控制器及电动推杆控制器相连接，所述电子学盒通过线缆分别与各个氦‑3计数管相连接；本发明可根据测量试样的体积自适应对系统进行调整，满足对测量腔尺寸的要求，同时满足探测效率要求。

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，特别是涉及一种基于氦-3的中子多重性自适应测量装置及测量方法。

背景技术

随着核工业的发展，世界范围内的铀、钚等材料越来越多，防止核扩散已经成为当今国际社会普遍关注的问题。由于铀、钚材料都可以产生裂变中子，因此，利用中子探测技术并结合同位素丰度对它们进行非破坏性分析，是核保障领域最常用的手段。在我国，对核设施中铀、钚物料的检测以及长期运行和退役过程中产生的大量放射性固体废物的分类、处理，逐渐成为一项艰巨的任务。在核辐射探测技术的发展中，中子测量技术成为了核辐射探测技术领域非破坏性分析技术的重要手段，在核保障领域，特别是核材料衡算方面具有重要意义。

中子具有穿透力强，且不容易被屏蔽的特点，在面向中、高密度，大体积样块分析时成为了唯一快速可行且能够同时满足探测技术，并在中低放固体放射性废物的分类检测中具有广阔的应用前景。在以上相关领域，U/Pu物料的精确定量分析中，包括在常规样品分析、库房盘存、U/Pu生产线闭合衡算等方面，该技术都发挥着积极的作用。

而中子多重性测量技术是一种通过测量核材料裂变中子的多重性分布，以实现对核材料进行准确定量分析的快速无损分析技术(NDA)；测量过程中无需进行标样刻度，从而避免了标样使用可能对测量结果带来的影响。由于裂变中子在时间上具有相关性，故一次裂变事件中释放的中子数目具有一定的概率分布，即多重性分布；该方法可以区分裂变中子与非裂变中子，最大限度降低非裂变中子的干扰和基体材料对测量的影响。

中子多重性计数测量方法是最先进的一种核材料无损分析方法，虽然核材料发生裂变反应时产生的中子数目是随机的，但遵循统计规律，符合一定的概率分布；该概率分布就称之为中子多重性分布。通过核材料裂变发射的中子多重性分布信息的研究，就能够准确得到核材料的质量属性。基于氦-3的中子多重性测量装置采用氦-3作为中子探测器，测量装置的空腔中通常填满聚乙烯，裂变中子经过聚乙烯慢化成为热中子再被氦-3管探测，形成脉冲序列，通过符合分析方法得到中子总计数率以及多重计数率，代入中子多重性测量方程从而得到样品的有效质量，中子多重性测量用下列方程表示：

Singles＝Fεν_sf,1(1+α)M  (1)

式中Singles、Doubles和Triples分别为一重、二重、三重计数率，ν_sf,1、ν_sf,2和ν_sf,3分别是自发裂变发射中子数分布的一二三阶阶乘矩，ν_i1、ν_i2、和ν_i3分别是诱发裂变发射中子数分布的一二三阶阶乘矩，ε是探测器的中子探测效率，f_d、f_t分别是探测器二重三重符合门因子，M为增殖系数，α为中子数与自发裂变中子数的比值，F为自发裂变中子时的平均反应率。