[發明專利]一種基于液體閃爍探測器的快中子多重性測量分析方法

有效

• 申請號: 201510051994.4
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104678425B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 周浩;林洪濤;劉國榮;李井懷;梁慶雷;趙永剛
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01T3/06
• 分類號: G01T3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于核燃料非破壞分析(Non-Destructive?Assay,以下簡稱NDA)技術領域，具體涉及一種基于液體閃爍探測器的快中子多重性測量分析方法。

背景技術

核材料(主要是鈾和钚)的NDA測量方法一般可分為中子測量法、γ射線測量法、量熱法等。由于中子具有較強的穿透性，使其測量質量較大的核材料時相比其他方法具有顯著的優勢，某些情況下也是唯一可行的測量技術。與γ測量不同，裂變中子能譜是連續譜，因此中子測量通常主要是測量中子的計數率以及時間關聯符合譜等確定樣品相關參數。

中子測量技術主要用于含Pu/U物料的精確定量分析、常規樣品分析、庫房盤存、Pu/U生產線閉合衡算等方面。另外，中子測量技術還可以用于軍控核查等相關領域。

中子測量方法主要有以下三種：總中子測量方法、符合中子測量方法和多重性測量方法。相比總中子測量和符合中子測量方法，多重性測量適用范圍更廣，并且在測量精度上有明顯優勢。

钚材料自發裂變中子產額較高(自發裂變率：473.5/(s*g))，而鈾材料的自發裂變中子產額很低，因此核保障領域中中子的測量始于钚樣品的測量研究。钚的中子測量一般為被動法，無需外加激發源；而鈾材料的測量一般為主動法，需要外加質詢源。

多重性測量是通過測量數個中子多重性測量參數(總中子計數率，二重符合中子計數率，三重符合中子計數率)，然后求解描述這些測量參數和樣品未知參數(對钚，為自發裂變率F，泄露自增殖系數M，(α，n)反應率α；對鈾，為誘發裂變率F，泄露自增殖系數M)之間關系的方程組。在求解出F值和M值后，即可確定²⁴⁰Pu的等效質量(對鈾樣品，則為²³⁵U的質量)。

建立描述樣品未知參數與測量參數之間關系的方程組是中子多重性測量方法數據分析方法的核心。而該方程組是在一定的假設近似下，進行理論推導得到的。

傳統中子多重性測量技術采用³He中子探測器。³He對γ射線不敏感，對熱中子具有很大的俘獲截面，而裂變中子以MeV量級的快中子為主，因此測量裝置都用很厚的聚乙烯材料包裹，以達到慢化快中子的目的。

盡管³He測量技術目前已經比較成熟，但近年來由于³He全球供應的短缺(核武器生產大幅削減)以及價格上漲，導致設備成本較為高昂，這限制了其大規模的推廣應用，因此有必要研究其替代探測器以及相應分析技術。而且³He測量的是慢化后的熱中子，其偶然符合本底較高，這在一定程度上影響了其測量精度。

液體閃爍體探測器價格遠低于³He,并且能直接測量快中子，能最大程度上保留時間關聯中子之間的時間關聯信息，同時偶然符合本底極低。另外，近年來，與閃爍體探測器相關的n/γ甄別技術以及高時間分辨率的時間計數器等都有較快發展?；谝陨线@些原因，液體閃爍體探測器成為一種十分有發展前景的新型中子多重性計數器。

目前國內外在液體閃爍探測器中子多重性測量方面的研究還處于原型裝置的Monte?Carlo模擬計算、設計和改進中，如何通過測量參數求解樣品未知參數的數據分析方法還是個亟待解決的難題。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種基于液體閃爍探測器的快中子多重性測量分析方法，采用該方法能得到核燃料被測樣品未知參數的穩定可靠的分析結果。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案是：一種基于液體閃爍探測器的快中子多重性測量分析方法，包括以下步驟：建立基于液體閃爍探測器的快中子多重性測量的數學模型，該數學模型為關聯各重符合計數率和樣品未知參數的方程組；采用多個液體閃爍探測器探測樣品源中子裂變過程，得到中子計數率，進而得到各重符合計數率；將測得的各重符合計數率代入所述方程組，求解該方程組，獲得樣品未知參數。

進一步，所述方程組的表達式為：