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中子探测和中子能谱研究既是基础学科研究的需要,也是核安全控制和辐射防护等实际应用的需要。中子对生物组织的辐射剂量造成的危害是所有核辐射中对人体最致命的危害。随着中子科学技术在能源、生物、医学、工农业等领域得到广泛应用,中子的探测和防护越来越得到重视。确定中子辐射剂量必须确定中子场的中子注量能量分布;在现实环境中,中子散射非常严重,中子场中既存在源中子,也存在散射中子和天然本底中子;中子能量可从10-8 MeV至102 MeV跨越十个数量级。因此,研究宽能量范围内中子能谱测量的准确度对确定中子场的辐射剂量具有重要的作用。
本工作利用最新的中子核反应截面数据(ENDF/B-Ⅶ)和Legendre系数,修正了前人计算中子比释动能系数所使用的近似公式,更加严格和细致地推导计算了1H、12C、14N、16O、40Ar五种核素和干燥空气、水、生物等效组织在热中子至20MeV能量范围内的中子比释动能系数。
对常用的国产Am-Be同位素中子源的4.438 MeVγ射线与中子发射率的比值进行了实验测定,计算了距离该中子源1米远处的周围剂量当量以及空气对中子和γ射线的吸收剂量。
使用Monte Carlo程序MCNPX2.6模拟计算了英国国家物理实验室(简称NPL,UK)的10个Bonner球在10-8 MeV至102 MeV能量范围内的64个中子能点的响应函数;结合德国PTB和英国NPI,在热中子至14.8 MeV范围内的12个中子能点测量的响应数据,细致分析了计算结果与实验结果分歧的原因,由此修正响应函数的计算结果。对在NPL的热中子场中测定Bonner球所含3He正比管的3He原子核数目的结果重新进行了分析和修正;期间,利用公式推导和MCNP程序计算了使用4πβ-γ计数器测量活化金箔放射性活度的结果的修正因子。
在英国的国家标准低本底中子大厅内使用Bonner球谱仪测量了Am-Be、Am-B、Am-F等同位素中子源和3.5 MV Van de Graaff静电加速器产生的3 MeV质子轰击厚7Li靶发生(p,n)核反应产生的中子能谱。
使用美国LANL的SOURCES4C程序和IAEA收录的DROSG程序模拟计算了上述同位素中子源和加速器中子源的中子能谱。