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13.5.1 常用的中子探测器

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13.5.1 常用的中子探测器课程教案、知识点、字幕

我们下边来看一看第五个问题

常用的中子探测器

我们在八章九章十章

已经分别讨论了

气体闪烁和半导体

对于中子而言也确实

会对应于气体

闪烁和半导体

我们这里主要来看看气体探测器

气体探测器这里我们会提

氦3探测器 10BF3探测器

硼电离室裂变室

还要讨论一下中子灵敏度

下边我们来看一看

氦3和10BF3正比计数器

我们以氦3为例

这个探测器内充有氦3气体

中子射进来之后

将会和氦3气体中的

氦3原子核发生核反应

放出质子和氚核

质子氚核携带了

764KeV的总反应能

质子和氚核分别形成电离

产生电子和离子

电子被阳极丝所吸引

向阳极丝漂移

在阳极丝附近发生雪崩

产生雪崩信号

最终产生的信号

将会正比于764KeV的能量沉积

通过分析这个信号

我们就知道中子被探测到了

氦3或者10BF3这种探测器

通常是工作在正比状态的

我们分析输出脉冲幅度

来认识中子信号

它一般工作在

脉冲型的工作状态

主要用于测量中子的注量率

我们下面再来看一看

硼电离室或者裂变室

我们以硼电离室为例

硼电离室是在某个衬底上

涂覆一些硼材料

含有硼10的材料

中子在与硼10反应之后

会产生α粒子和锂7

α粒子或锂7中的某一个

有机会进入气体中形成电离

电离效果中的电子

被阳极丝所吸引被雪崩

被放大形成信号

我们就可以测量到中子了

这类探测器的问题是

由于α锂7或者裂变碎片的

射程是很短的

因此里边的硼10

或者u235的涂层厚度

就比较小

它不可以超过

每平方厘米1毫克

或者每平方厘米2毫克

这样一个厚度

导致了中子探测器

效率是很低的

通常不会超过10%

为了实现更高的探测效率

我们就需要多层硼层

来实现更高的效率

这类探测器主要用于

检测反应堆的中子注量率

硼电离室

一般可以工作在累计方式

裂变室则可以工作在

脉冲工作状态

最后我们来讨论一下中子灵敏度

如果用氦3探测器

或者10BF3探测器

甚至是硼电离室来工作的时候

我们想知道这种探测器

对中子灵敏度如何

我们需要评价它中子灵敏度

我们用η这个字母来表示

它等于什么等于R比Φ

这里的R是反应的发生率

是每秒钟有多少次

反应数的意思

φ是中子的注量率

是每秒钟每平方厘米

有多少个中子

射入探测器的意思

R等于什么呢

实际上一个积分

等于Nt乘上右边

Nt是靶核数

比如说如果我们面对的

是一个氦3探测器

就是氦3探测器里边

有多少个氦3原子核的意思

它是一个无量纲数

积分式里边它什么意思

是σφdE

它是关于不同能量

区段的一个积分

针对某一个能量区段

我们要考虑它

这是那个能量区段下的中子

与靶核的反应截面

这个是在那个能量区段下

中子的注量率

我们测量我们用氦3或者BF3

或者裂变室或者硼电离室

测量的时候

一般而言面向的是低能中子

对于能量小于30KeV的中子

V分之1关系是可以起作用的

由于V分之1关系是起作用的

所以任意一个能量下中子的截面

就等于σ0 V0比上V

这里面σ0 V0

指的是25.3毫电子伏的中子

V0在25.3毫电子伏的情况下

是2200米每秒

既然有这样一个关系

我们就可以把这个σ替换掉

替换成σ0比上V

我们接着处理

这里边由于出现了一个V

我们把V和φ做一个处理

说φ比上V等于n(E)

它的事实就是中子的注量率

等于中子的密度

乘上中子的速度

这是注量率和速度

与密度之间的关系

由于φ比V等于中子密度

因此我们可以

把这边φ和V消掉得到n

σ0和V0它是一个常数

对于任何一个核素而言

σ0 V0是常数

比如对于氦3σ0是5333

V0是2200米每秒

所以可以把它提出来

因此这个积分式

就被我们简化成R等于Nt

乘以σ0 v0乘上一个积分

这个积分是对不同能量区段的

中子密度的积分

区段是从中子能量的最小值0

到30千电子伏

这个积分完了之后

我们得到说这个叫n

这个n就是0到30千电子伏

范围之内的中子的密度

所以我们说最后R等于什么

等于nt乘上σ0 v0乘n

也就是说反应发生率

等于一个氦3探测器里边

氦3原子核的个数

乘上5333b乘上2200米每秒

再乘上这个中子场内

从0到30千电子伏范围之内

中子的密度

我们再来讨论一下

这里面的Φ就是中子注量率

根据定义中子注量率

等于中子的密度

乘上中子的平均速度

中子的密度

我们在这个式子

已经知道了

它是R除上Nt除上σ0除上v0

因此把n代进来

就得到Φ等于R

比上nt除上σ0除上v0

再乘上平均速度

这里面我们要加工一下的是

当温度是20度的时候

热中子它是一个能量分布

速度也将会是一个分布

这个速度平均值

与2200米每秒相比

是一个大小

这个大小是1.128

因此v拔比上v0

是我们可以消掉的一个组合

Φ就等于1.128乘上R

再除上Nt 再除上σ0

好了这里边Φ的表达式

我们有了R就在这

因此η就可以被我们表达出来

说一个氦3探测器

它的中子灵敏度

η等于什么

等于nt乘上σ0除上1.128

它的解读就是

一个氦3探测器的灵敏度

等于这个氦3探测器里边

有多少个氦3原子核

乘上5333b再除上1.128

如果我们讨论的是

一个BF3三伏化硼管的话

就是这个三伏化棚正比计数器里面

有多少个硼10原子核

再乘上3837b再除上1.128

大家可以想一想

中子灵敏度的单位是什么

注意1.128无量纲

nt靶核数无量纲

σ0的量纲是面积

因此中子灵敏度的量纲

就是面积

这就是常用的中子探测器

到此为止

我们结束了中子探测这一章

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 基础知识、常量与单位

-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 电离过程的涨落与法诺分布

-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

--7.4.1 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

-7.5 时间间隔的统计分布

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分：能量分辨率

--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分：饱和特性、坪特性等

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 中子与物质的相互作用

-13.4 中子探测的特点与探测方法分类

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

13.5.1 常用的中子探测器笔记与讨论

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