基于符合测量技术的反应堆辐照腔杂散快中子场能谱测量用多面体He-3探测器设计

It is important to get accurately engergy spectrum for scientific research in the fast neutron field of reactor irrradiation chamber. In order to solve the problem of measuring high intensity and scattering neutron, get more accurate neutron energy spectrum from 0.1MeV to 14MeV, we design a polyhedron He-3 detector basing on coincident method, using multi-planar silicon detectors to construct a symmetrical structure to get an approximate efficiency of the same energy neutrons with different directions. Pivotal parameter such as gas pressure structure of detector core will be designed by Geant4 software and detector efficiency will be calculated. The physical model will be verified by special experiments to insure the reliability of theoretical design.

准确测量反应堆辐照腔快中子能谱是利用该中子场开展科研工作的基础。本项目针对反应堆辐照腔中子场高强度、强散射（杂散性）的特点，在国内外首次提出基于符合测量方法的多面体He-3探测器概念，利用多片平面硅探测器组成封闭的空间对称结构，使其对同能量、不同方向入射中子有近似相等的探测效率。采用Geant4等软件设计其充气压力、芯体结构等关键参数并计算其探测效率，并通过设计合理的实验手段，验证物理模型，确保理论设计的可靠性。从而为高强度杂散中子场快中子能谱测量提供一个理想的解决方案。

准确测量高强度、非准直束快中子场能谱，是利用该类中子场开展科研工作的必要前提。而现有测量方法大都存在依赖初始谱、解谱过程复杂等弊端。通过深入分析各种快中子能谱测量方法的优缺点，认为基于符合测量原理的平面3He快中子夹心谱仪测量数据与中子能量对应关系简单，能量测量准确性高。但由于芯体结构的非对称性，限制了其在非准直束中子场能谱测量方面应用。.论文提出了多测量面3He快中子能谱探测器芯体结构设想并研究了相关技术难题的解决方法。在保持符合测量方法较高测量精度的前提下，满足非准直束中子场能谱测量需求。.首先对充氦气正比探测器工作状态开展研究，确定了充氦气探测器最佳工作参数。利用Geant4软件对5种具有较好对称性的多测量面探测器芯体开展不同入射方向中子探测效率分析计算，认为采用多只半导体探测器组成的对称性芯体结构，对不同入射方向中子探测效率一致性较好，可用于非准直束中子场能谱测量。综合考虑探测器内电场均匀性、工程实现难度、中子与硅反应真符合本底甄别等因素，确定了球形正比探测器加6只圆形半导体探测器为最佳芯体结构。针对该芯体结构开展中子与硅反应真符合本底甄别方法研究，提出测量过程同步甄别中子与硅核反应引起的真符合事件甄别方法，可避免因本底测量造成的探测器辐照损伤。提出了利用正比探测器延迟时间补偿其输出幅度的方法，有效提高了正比探测器能量测量的准确性。研制了基于FPGA器件的恒比定时数字符合系统，有效提高了脉冲信号定时精度、降低了系统偶然符合概率，并实现了符合系统小型化、实用化。.最后为了验证论文方法正确及可行性，以上述同样方法分析、计算了中子以不同角度入射平面3He夹心谱仪的效率响应、干扰真符合甄别等数据。在西安脉冲1#径向孔道堆开展了中子以0o、90o方向入射探测器能谱测量。两个方向实测谱形基本一致，相对差在不确定范围内符合，证明了论文得出的设计方案及相关技术合理 可行。