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基于反应堆热中子的中子照相孔道设计 俞伯祥 核探测与核电子学国家重点实验室 高能物理研究所实验物理中心 第十六届核电子学年会 2012-8-15 报告内容  中子照相概述 反应堆热中子孔道蒙特卡洛模拟 反应堆热中子孔道实验测量 总结 一、中子照相概述 工作原理： 辐射照相技术主要是基于射线通过物体后的衰减来达到的。 X射线与物体作用: 核外电子相互作用，吸收能力与物体原子核外的电子数相关。 中子与物体作用: 与核散射或者直接被核吸收，中子衰减与原子序数没有确定关系。 因而X射线照相无法区分原子序数相近的两种物质，但是中子可以区分它们。 例如：硼、碳、镉和锡，有相近的原子序数，但是能很容易被中子照相所区分。 对于轻元素，如氢和硼，对于X射线是透明的，而对中子有很强的吸收能力，中子很 难区分它们。 中子照相与X射线照相有很好的互补性，可以应用于不同的被照物体。 应用方向：航空、航天、考古、机械、材料、 核工业等领域。其中航空发动机扇叶的缺陷探 测、工业产品的缺陷探测等。 CCD照相系统结构 整个照相系统包括： 1、热中子源孔道 5 2 （5×10 n/cm /s热中子通量）； 2、旋转样品台； 样品转台 中子闪烁体 双反射镜铝合金暗箱 3、CCD照相系统； 3.1 中子闪烁体(LiF-ZnS)； 3.2 光路系统(反射、透镜)； 水平孔道 水冷散热器 3.3 CCD相机系统（低噪声，光放大， 中子准直器 CCD相机 ICCD相机）； 三维中子照相系统结构 4、图像处理和重建软件。 ICCD相机 二、反应堆热中子孔道蒙特卡洛模拟 与原子能研究院微型堆室的合作下（感谢李义国老师），在微型堆室主导的硼中子 治癌微型研究堆的热中子出口基础上，进行了模拟研究。 参考国际上在用的热中子孔道同时考虑现有实际情况提出的一些指标： 5 2 •孔道出口热中子通量: 5 ×10 n/cm /s •准直比（L/D50）: 29和58 •孔道出口直径: ～10cm 5 2 •n/Gamma比大于: 10 n/cm /mrem •镉比（Mn）: 150 IAEA报告中的一个热中子孔道结构 中子孔道Geant4模拟结构图 模拟采用的中子孔道结构: 在入射窗口采用铋金属来减少Gamma射线本底，热 中子狭缝为ɸ2cm和ɸ4cm两种，采用铅屏蔽与含硼中子吸收体间隔的方式，热中 子出口大小为10cm。 物理模型：在GEANT4 的各种中子的强相互作用模型中，这项工作选择了 QGSP_BERT_HP相互作用物理模型，这个模型设置了全热中子截面库，能实现弹 性散射、非弹性散射、中子俘获和裂变等中子物理过程