一种自给能中子探测器结构的优化设计方法技术

一种自给能中子探测器的优化设计方法，步骤如下：1、选取自给能中子探测器几何体的形状及参数；2、在程序中建立基本几何特征层；3、给基本几何特征层赋予材料；4、定义初始入射的中子的能量、位置以及入射方向；5、添加所需的物理过程；6、模拟中子入射后与材料的物理作用过程，并记录发射体或绝缘体漂移至收集体的次级电子的数目和到达时间，然后分类输出；7、计算自给能中子探测器的中子灵敏度以及瞬态电流所占的比例；8、保存数据点并判断是否返回步骤2；9、得到探测器性能随探测器参数的变化曲线；10、最终根据所需确定探测器的结构及尺寸，提高探测器性能；本方法可针对任何反应堆堆型中的中子能谱进行专门的优化设计。

An optimized design method of self energy neutron detector structure

A step of optimization design method of self powered neutron detectors are as follows: 1, select the shape and parameters of self powered neutron detector geometry; 2, in the process of establishing the basic geometric layer; 3, to the basic geometry layer to give materials; 4, the initial definition of the incident neutron energy, position and direction of the incident; 5, add the required physical process; 6, after the incident process simulation of neutron and physical materials, and record the emitter or to receive the number of secondary electron insulator drift collective and arrival time, and then the classification output; 7, calculated from the neutron detector for neutron sensitivity and transient current proportion; 8, save the data and determine whether to return to step 2; 9, get the change curve of detector performance with the detector parameters; 10, finally determined according to the structure of the detector and the ruler This method can be used to optimize the neutron spectrum of any reactor type.

【技术实现步骤摘要】
一种自给能中子探测器结构的优化设计方法
本专利技术涉及反应堆中子通量测量
，具体涉及一种自给能中子探测器结构的优化设计方法。
技术介绍
核能因为能量密度高，在可持续能源结构中占有不可替代的地位。但是核安全是核能应用中必须解决的关键问题。在核反应堆中，中子通量密度是监测和控制反应堆正常运行的关键物理量。由于反应堆堆芯是高温高压和强辐照环境，一般的探测器难以胜任。而自给能探测器由于具有不需偏压、结构简单、体积小、全体固化、电子学设备简单等特性，成为监控反应堆堆芯中子通量的重要探测器。其典型结构如图2所示，主要由发射体、绝缘体和收集体三部分组成，其中发射体可以与中子发生中子俘获反应产生γ射线。不稳定核素通过放射性衰变放出γ射线或β射线。γ射线通过光电效应、康普顿效应、电子对效应等产生次级电子。β射线和次级电子在运动过程中会发生电离效应、韧致辐射等一系列级联反应，当电子从发射体或绝缘体漂移至收集体时，就会形成电流，从而使中子信号转变成电流信号。它的相互作用原理分为两个部分：1)中子穿过收集体和绝缘体与发射体中的核素(主要是铑、钴和钒等)发生中子俘获反应，并生成不稳定核素。γ射线通过光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自给能中子探测器结构的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：选取自给能中子探测器几何体的形状及参数，包括探测器的结构，发射体半径，绝缘体厚度，收集体厚度以及发射体、绝缘体和收集体的共同长度，典型的自给能中子探测器的结构从内到外依次为发射体、绝缘体和收集体，探测器几何参数的初始值根据典型的自给能中子探测器的尺寸选取，其中发射体半径、绝缘体厚度和收集体厚度在典型尺寸基础上减小一半后的±0.1mm范围内选取，而发射体、绝缘体和收集体的共同长度在典型尺寸基础上减小一半后的±1cm范围内选取；步骤2：在蒙特卡罗软件中输入探测器几何参数建立自给能中子探测器的基本几何特征层，基本几何特征层分为...

【技术特征摘要】
1.一种自给能中子探测器结构的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：选取自给能中子探测器几何体的形状及参数，包括探测器的结构，发射体半径，绝缘体厚度，收集体厚度以及发射体、绝缘体和收集体的共同长度，典型的自给能中子探测器的结构从内到外依次为发射体、绝缘体和收集体，探测器几何参数的初始值根据典型的自给能中子探测器的尺寸选取，其中发射体半径、绝缘体厚度和收集体厚度在典型尺寸基础上减小一半后的±0.1mm范围内选取，而发射体、绝缘体和收集体的共同长度在典型尺寸基础上减小一半后的±1cm范围内选取；步骤2：在蒙特卡罗软件中输入探测器几何参数建立自给能中子探测器的基本几何特征层，基本几何特征层分为同轴的三部分，从内到外分别为发射体、绝缘体和收集体，第一次按步骤1所选用的探测器几何参数的初始值建立，而后按经过步骤8循环回到步骤2时的新几何参数建立；步骤3：给步骤2中建立的基本几何特征层赋予材料，发射体层赋予发射体材料，绝缘体层赋予绝缘体材料，收集体层赋予收集体材料，材料的参数包括：材料的密度、核素及其比例；步骤4：定义初始入射的中子的能量、位置以及入射方向，入射中子的能量通过对所测量对象的中子能谱进行随机抽样获得，入射中子的位置和入射方向根据所研究中子的实际入射情况设定；步骤5：根据入射中子的能量以及入射后发生的反应在蒙特卡罗软件中添加物理过程；中子入射后发生的反应包括中子的弹性散射、中子的非弹性散射、中子俘获反应、光电效应、康普顿散射、电子对效应、电子的电离、电子的韧致辐射以及放射性核素的衰变，在蒙特卡罗软件模拟过程中，添加这些物理过程后，当发生其中一种反应时，软件就会自动选用该反应所对应的截面数据或半衰期进行蒙特卡罗模拟；步骤6：模拟一定数目的中子入射事例：在每个事例中，模拟中子入射后与步骤3中所赋予的材料发生的物理相互作用过程，并判断电子是否由发射体或绝缘体漂移至收集体；如果是直接在收集体产生的电子，就舍弃，如果是由发射体或绝缘体漂移至收集体的电子，就输出这些电子的数目和到达时间；步骤7：计算自给能中子探测器在步骤2所设置的尺寸下的中子灵敏度S和瞬发电流所占的比例p；计算方法如下：设在同一时刻入射了N个中子，由这N个中子在发射体和绝缘体中经过一系列相互作用后产生的并漂移至收集体的总电子数为M，电子电量e＝1.6×10-19C，将这些电子到达收集体时的时间以△t的间隔进行分组统计，然后用每一组中的电子数乘以电子电量e再除以时间间隔长度△t就得到时间间隔长度△t内的平均电流，因为所有中子是同时入射的，所以得到的电流是冲击响应电流，对冲击响应电流做卷积处理得到阶跃响应电流；在阶跃响应中，当电流达到稳定时，总电流的值It在数值上满足如下关系：式中总电流It表示在阶跃响应中当电流达到稳定时单位时间内在发射体和绝缘体中产生的并漂移至收集体的所有电子形成的电流，其单位为安培A；设由这...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清民，刘昕昕，邓邦杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61