【摘 要】
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中子活化分析作为一种高灵敏度的无损检测技术,在工业、地质科学、医学治疗、国土安全等领域具有重要应用价值。目前中子活化分析原理比较完善但在实际应用中仍存在诸多难点,其中涉及中子源性质、中子慢化反射与准直、中子屏蔽、探测效率和解谱算法等问题。本研究基于东北师范大学研发的产额可达1×10~7n/s NG-9型密封管D-D中子发生器,分别设计了一套屏蔽装置与热中子活化分析装置。所设计装置对采用D-D中子发
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中子活化分析作为一种高灵敏度的无损检测技术,在工业、地质科学、医学治疗、国土安全等领域具有重要应用价值。目前中子活化分析原理比较完善但在实际应用中仍存在诸多难点,其中涉及中子源性质、中子慢化反射与准直、中子屏蔽、探测效率和解谱算法等问题。本研究基于东北师范大学研发的产额可达1×10~7n/s NG-9型密封管D-D中子发生器,分别设计了一套屏蔽装置与热中子活化分析装置。所设计装置对采用D-D中子发生器的中子活化分析应用场景具有参考价值。中子发生器运行期间需要进行屏蔽防护,避免中子对工作人员造成辐射损伤。利用MCNP代码（Monte Carlo N-Photo Transport Code）对D-D中子发射头建模,在讨论快中子防护方法的基础上,确定采用高密度聚乙烯（HDPE）+铅+含硼聚乙烯（BPE）+不锈钢304（SUS304）四层材料组合进行防护。采用三个剂量参考点评估不同厚度屏蔽体的防护效果,确定沿中子发射头轴向依次使用35 cm HDPE+3 cm铅+2 cm BPE+0.5 cm SUS304防护,可将距装置表面5 cm处参考点剂量率降低至安全限值2.5μSv/h以下。与其他类似研究工作相比,本屏蔽设计可在较小空间内实现安全防护。中子能谱与中子通量是影响中子活化分析的重要因素。采用合适的慢化、反射与准直材料可调节输出中子能谱。在研究HDPE、重水和石墨中子慢化性能的基础上,构建并测试了一套中子活化分析参考装置。针对参考装置的不足,利用MCNP程序对装置的材料与结构进行优化。最终优化装置采用HDPE慢化体+镍反射体+HDPE准直体组合,输出面最大热中子通量可达2530 n·cm-2·s-1。中子输出面上热中子、超热中子+中能中子、快中子和总中子通量分别是参考装置的4.65、2.52、1.86和2.72倍。热中子通量与快中子通量之比从0.52提高到1.30。同时,中子输出面周围中子通量的均匀性得到较为显著的提升。
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