强流脉冲伽马射线束绝对强度测量技术研究

Detection of time-intensity spectrum of gamma-ray is an important measuring content to diagnose the radiation characteristics and parameters of pulsed radiation filed for intensity pulse radiation devices. The measuring results are of significance to analyze device performances and test theoretical simulation programs. The current measurement technologies are largely dependent on the spectrum of the pulse gamma radiation fields. However, the spectrum of gamma-rays varies as time and cannot be definitely determined, i.e. energy spectrum is time variable and unknown. Under the circumstance, developing detectors with flat energy response to gamma-ray is an effective approach to absolute intensity measurement. Based on the analysis of the charactersitics, the measuring technologies and principles and detectors of pulsed gamma radiation field, we proceed from the basic principles of Compton detector only which can meet the detection of intense radiation filed, explore methods that are to change the emitter's configuration and shielding materials to filter low energy rays to achieve a flat energy response. Through the work, the detection principles of intense pulsed gamma ray with detectors having flat energy response are to investigate into and the absolute measurment of gamma-ray intensity for high-intensity pulsed gamma-rays based on Compton effect are aimed to be established. The achievements of the project can be applied in absolute intensity measurement of intense radiation devices such as pulsed reactor, high intensity pulsed X/γ accelerator, high intensity inverse Compton effect gamma-ray device.

脉冲伽马时间-强度谱的绝对测量是强脉冲射线辐射装置辐出性能及强脉冲辐射场参数诊断的重要测量内容，其测量结果对装置性能分析，理论模拟程序的检验具有重要意义。现有的测量技术与脉冲伽马辐射场能谱有着很强的依赖性。而脉冲伽马射线辐射场能谱具有时变性和未知性，且准确能谱不能通过现有测量手段获取。在能谱不能确切知晓的情况下，研制能量响应平坦的探测器是绝对测量的一种有效技术途径。本项目通过对强流脉冲伽马辐射场特征及探测技术原理和探测器的分析，针对满足强流辐射场测量的康普顿探测器，从物理原理入手，探索通过改变其发射极结构和输入衰减方法实现平坦能量响应。通过本项目工作，研究能量响应平坦的强流脉冲伽马射线探测技术原理，建立基于康普顿效应的强流脉冲伽马射线强度的绝对测量技术。本项目研究成果可直接应用于脉冲反应堆、强流脉冲X/γ射线加速器、高亮度逆康普顿伽马射线装置等强流脉冲辐射装置的绝对强度测量。

脉冲伽马时间-强度谱的绝对测量是强脉冲射线辐射装置辐出性能及强脉冲辐射场参数诊断的重要测量内容，其测量结果对装置性能分析，理论模拟程序的检验具有重要意义。.本项目针对强流裂变伽马探测的需要，在当前应用的康普顿探测器基础上，探索通过改变发射极结构和衰减低能入射等措施提高其能量响应平坦性。研究在宽能谱范围内能量响应平坦的康普顿探测器设计方法，研制原理型探测器，分析其性能特点，并开展能量响应刻度及强脉冲性能考核实验。.项目取得的主要研究进展、重要结果、关键数据如下：.1）创造性地提出了发射极采用厚薄材料组合、相互补偿实现平坦能量响应的设计思想。设计了一种新型探测器结构，在0.4~7 MeV能量区间伽马射线灵敏度极值变化小于6.4%，优于当前最佳水平。.2）提出了能量响应平坦的康普顿探测器设计方案，发展了多种型式的发射极结构改善能量响应平坦性。结果表明发射极为同种高Z材料组合、不同种高Z材料组合、中Z厚材料和高Z薄材料组合条件下以及双发射极结构均能实验平坦能量响应，且这些结构的探测器在0.4~7 MeV能量区内，探测器本征灵敏度极值变化均小于10%。，最小可以达到5%。.3）研制出了能量响应平坦的原理型康普顿探测器，并对其能量响应以及强脉冲性能进行了实验验证。理论计算与实验结果的偏差小于5%，在不确定度范围内吻合，表明探测器平坦能量响应设计技术原理可行。.4）提出采用大样本统计抽样的方法评价探测器测量不确定度对未知能谱结构的依赖性，应用该评价方法对设计的探测器分析得到其对测量对象能谱依赖性小于4%，优于当前应用的探测器15%的水平。.本项目解决了康普顿探测器能量响应平坦性设计的难题，为建立不依赖脉冲伽马辐射场能谱的强度测量技术，进一步降低脉冲伽马强度测量不确定度提供了技术途径。所研制的康普顿探测器是强流快脉冲伽马射线测量中较理想的探测器，为提高国家重大实验中脉冲伽马辐射场绝对测量数据结果精度提供了一种新的手段。