一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，包括以下步骤：建立基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量的数学模型，该数学模型为关联各重符合计数率和样品未知参数的方程组；采用多个液体闪烁探测器探测样品源中子裂变过程，得到中子计数率，进而得到各重符合计数率；将测得的各重符合计数率代入所述方程组，求解该方程组，获得样品未知参数(自发或诱发裂变率等)。采用本发明专利技术提供的方法能给出被测样品稳定可靠的分析结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法
本专利技术属于核燃料非破坏分析(Non-DestructiveAssay,以下简称NDA)
，具体涉及一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法。
技术介绍
核材料(主要是铀和钚)的NDA测量方法一般可分为中子测量法、γ射线测量法、量热法等。由于中子具有较强的穿透性，使其测量质量较大的核材料时相比其他方法具有显著的优势，某些情况下也是唯一可行的测量技术。与γ测量不同，裂变中子能谱是连续谱，因此中子测量通常主要是测量中子的计数率以及时间关联符合谱等确定样品相关参数。中子测量技术主要用于含Pu/U物料的精确定量分析、常规样品分析、库房盘存、Pu/U生产线闭合衡算等方面。另外，中子测量技术还可以用于军控核查等相关领域。中子测量方法主要有以下三种：总中子测量方法、符合中子测量方法和多重性测量方法。相比总中子测量和符合中子测量方法，多重性测量适用范围更广，并且在测量精度上有明显优势。钚材料自发裂变中子产额较高(自发裂变率：473.5/(s*g))，而铀材料的自发裂变中子产额很低，因此核保障领域中中子的测量始于钚样品的测量研究。钚的中子测量一般为被动法，无需外加激发源；而铀材料的测量一般为主动法，需要外加质询源。多重性测量是通过测量数个中子多重性测量参数(总中子计数率，二重符合中子计数率，三重符合中子计数率)，然后求解描述这些测量参数和样品未知参数(对钚，为自发裂变率F，泄露自增殖系数M，(α，n)反应率α；对铀，为诱发裂变率F，泄露自增殖系数M)之间关系的方程组。在求解出F值和M值后，即可确定240Pu的等效质量(对铀样品，则为235U的质量)。建立描述样品未知参数与测量参数之间关系的方程组是中子多重性测量方法数据分析方法的核心。而该方程组是在一定的假设近似下，进行理论推导得到的。传统中子多重性测量技术采用3He中子探测器。3He对γ射线不敏感，对热中子具有很大的俘获截面，而裂变中子以MeV量级的快中子为主，因此测量装置都用很厚的聚乙烯材料包裹，以达到慢化快中子的目的。尽管3He测量技术目前已经比较成熟，但近年来由于3He全球供应的短缺(核武器生产大幅削减)以及价格上涨，导致设备成本较为高昂，这限制了其大规模的推广应用，因此有必要研究其替代探测器以及相应分析技术。而且3He测量的是慢化后的热中子，其偶然符合本底较高，这在一定程度上影响了其测量精度。液体闪烁体探测器价格远低于3He,并且能直接测量快中子，能最大程度上保留时间关联中子之间的时间关联信息，同时偶然符合本底极低。另外，近年来，与闪烁体探测器相关的n/γ甄别技术以及高时间分辨率的时间计数器等都有较快发展。基于以上这些原因，液体闪烁体探测器成为一种十分有发展前景的新型中子多重性计数器。目前国内外在液体闪烁探测器中子多重性测量方面的研究还处于原型装置的MonteCarlo模拟计算、设计和改进中，如何通过测量参数求解样品未知参数的数据分析方法还是个亟待解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，采用该方法能得到核燃料被测样品未知参数的稳定可靠的分析结果。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，包括以下步骤：建立基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量的数学模型，该数学模型为关联各重符合计数率和样品未知参数的方程组；采用多个液体闪烁探测器探测样品源中子裂变过程，得到中子计数率，进而得到各重符合计数率；将测得的各重符合计数率代入所述方程组，求解该方程组，获得样品未知参数。进一步，所述方程组的表达式为：其中，式(1)中，K表示液体闪烁探测器的个数，F表示样品源的中子自/诱发裂变率，R1×K表示一重、二重、……K重符合计数率所组成的大小为1xK的行向量，表示自增殖过程之后从样品中出射的中子数概率分布所组成的大小为1xνmax'的行向量，νmax'表示向量所对应的最大出射中子数目，其中，向量的每一项Pn的表达式为：Pn＝a″n·q2+a'n·q+an(2)，式(2)中的q表示裂变中子引发下一次次级裂变的概率；a″n、a'n、an是Pn与q所形成的二次函数的系数，n表示自增殖过程后的中子数，n＝1,2,……,νmax'；式(1)中，是大小为νmax'×νmax'的转移矩阵，转移矩阵中每一项Q(i,j)的表达式为：式(3)中的Q(i,j)表示i个中子从样品中出射之后能探测到j个中子的概率，表示从i个中子中任选j个的可能选择数，ε为总的探测效率；式(1)中，是大小为νmax'×K的转移矩阵，转移矩阵的每一项的表达式分别为：式(4)中的Tis代表在探测到i个中子的情况下产生s个信号的概率，εs(s＝1,2,…,K)代表第s个探测器的探测效率。再进一步，液体闪烁探测器的个数K为4时，所述方程组的表达式为：其中，式(5)中，的表达式为：式(6)中，ε1、ε2、ε3和ε4分别代表第1、2、3、4个液体闪烁探测器的探测效率。更进一步，使用测得的一重、二重、三重、四重符合计数率中的任意三个求解方程组，通过消去式(5)中的F，得到：然后记f＝f12+f22，令f＝f12+f22＝0(8)，用迭代法求解方程式(8)，得到q、ε，进而根据式(5)求得自/诱发裂变率F。进一步，所述方法还包括根据式(9)计算样品源的泄漏自增殖系数M(以下简称“自增殖系数”)，式(9)中，v表示每次次级裂变事件发射的裂变中子平均数。例如，对235U,该值通常可取为2.64。本方法在一定假设和近似的基础上，建立了一个描述液体闪烁探测器探测裂变快中子主要过程的数学模型，该模型以矩阵乘法的形式建立了一系列将多重性测量参数和样品未知参数联系起来的方程组，通过求解方程组得到样品的未知参数自发裂变率或诱发裂变率(简写为“自/诱发裂变率”)F和自增殖系数M，以确定样品中的核源的等效质量。采用本专利技术提供的方法能给出被测样品稳定可靠的分析结果。附图说明图1近似地示出了裂变中子的测量过程；图2是用于探测中子裂变过程的四个液体闪烁探测器所组成的探测器系统的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步描述。本专利技术提供的一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，包括以下步骤：建立基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量的数学模型，该数学模型为关联各重符合计数率和样品未知参数的方程组；采用多个液体闪烁探测器探测样品源中子裂变过程，得到中子计数率，进而得到各重符合计数率；将测得的各重符合计数率代入所述方程组，求解该方程组，获得样品未知参数。以下具体描述本方法中数学模型的建立过程。当一个重核发生裂变时，它以Pν概率产生ν个中子(ν最小为0，最大值视具体核素而定，通常为6～9)。如果这些裂变中子引发其他核发生裂变(自增殖过程)，可能会产生更多中子。通常，将自发裂变或质询源中子引起的诱发裂变被称为初级裂变事件，而裂变中子诱发的诱发裂变被称为次级裂变事件。如果裂变中子被探测器探测到，并且其沉积的能量超过阈值，就会产生一个中子信号。由于来自于同一个裂变事件的关联中子到达探测器的时间间隔极短，如果其中多个中子进入同一个探测器，这些中子将无法区分而成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，包括以下步骤：建立基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量的数学模型，该数学模型为关联各重符合计数率和样品未知参数的方程组；采用多个液体闪烁探测器探测样品源中子裂变过程，得到中子计数率，进而得到各重符合计数率；将测得的各重符合计数率代入所述方程组，求解该方程组，获得样品未知参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量分析方法，包括以下步骤：(a)建立基于液体闪烁探测器的快中子多重性测量的数学模型，该数学模型为关联各重符合计数率和样品未知参数的方程组，所述方程组的表达式为：其中，式(1)中，K表示液体闪烁探测器的个数，F表示样品源的中子自/诱发裂变率，R1×K表示一重、二重、……K重符合计数率所组成的大小为1xK的行向量，表示自增殖过程之后从样品中出射的中子数概率分布所组成的大小为1xνmax′的行向量，νmax′表示向量所对应的最大出射中子数目，其中，向量的每一项Pn的表达式为：Pn＝a″n·q2+a′n·q+an(2)，式(2)中的q表示裂变中子引发下一次次级裂变的概率；a″n、a′n、an是Pn与q所形成的二次函数的系数，n表示自增殖过程后的中子数，n＝1,2,……,νmax′；式(1)中，是大小为νmax′×νmax′的转移矩阵，转移矩阵中每一项Q(i,j)的表达式为：式(3)中的Q(i,j)表示i个中子从样品中出射之后能探测到j个中子的概率，表示从i个中子中任选j个的可能选择数，ε为总的探测效率；式(1)中，是大小为νmax′×K的转移矩阵，转移矩阵的每一项的表达式分别为：式(4)中的Tis代表在探测到i...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩，林洪涛，刘国荣，李井怀，梁庆雷，赵永刚，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11