一种材料热中子屏蔽性能的测试方法技术

本发明专利技术涉及核技术及应用技术领域，提供了一种材料热中子屏蔽性能的测试方法。本发明专利技术利用镉的中子吸收截面在0.5eV以内的热中子区很大、而超过0.5eV时截面急剧变小的特性，通过添加镉片屏蔽和不添加镉片屏蔽两次测量，将能量为0.5eV以下的热中子和其他中子区分开来，从而获得探测器中热中子贡献的部分。本发明专利技术提供的方法能够实现材料热中子屏蔽性能的精确测试，可直接应用于核电厂、军用反应堆运行、核材料加工等各类涉核场所中所需的辐射防护材料的热中子屏蔽性能测试。的热中子屏蔽性能测试。的热中子屏蔽性能测试。

【技术实现步骤摘要】
一种材料热中子屏蔽性能的测试方法


[0001]本专利技术涉及核技术及应用
，尤其涉及一种材料热中子屏蔽性能的测试方法。

技术介绍

[0002]当前，放射源在不同场所的使用越来越多，中子在核电、中子照相、活化分析及放射治疗等领域应用广泛，对中子辐照装置屏蔽性能测试的需求逐渐增加。在过去的十年中，材料科学的进步对辐射屏蔽技术产生了巨大的影响，如今很多新型辐射防护材料的热中子屏蔽性能需要测试和表征。
[0003]目前关于辐射防护材料的屏蔽性能测试方法是用中子束照射被测材料，通过测量中子穿透率来表征其中子辐射屏蔽能力，中子屏蔽率S计算方法为：
[0004][0005]其中I0是入射中子束的强度，I是透射过被测材料的中子束的强度。该方法表征的屏蔽能力其实是材料对入射中子束的屏蔽能力而非热中子屏蔽性能，因为实际的中子束中含有许多热中子能量以上的中高能中子，而所有的热中子探测器对中高能中子均有响应，这导致测试结果有较大的不确定度。对于材料的热中子屏蔽性能测试，目前的相关研究较少。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种材料热中子屏蔽性能的测试方法。本专利技术提供的方法能够将中子束中0.5eV以下热中子计数和0.5eV能量以上的中高能中子计数区分开，从而实现材料热中子屏蔽性能的精确测试。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]一种材料热中子屏蔽性能的测试方法，包括以下步骤：
[0009](1)将热中子探测器置于中子束出口下，发射中子束并测试中子计数率，记为I0；
[0010](2)将待测材料置于中子束出口和热中子探测器之间，发射中子束并测试中子计数率，记为I1；
[0011](3)将镉片置于中子束出口与热中子探测器之间，发射中子束并测试中子计数率，记为I2；
[0012](4)将镉片和待测材料同时置于中子束出口与热中子探测器之间，发射中子束并测试中子计数率，记为I3；
[0013]所述步骤(1)～(4)没有时间顺序的要求；
[0014]待测材料的热中子屏蔽率的计算方法如式1所示：
[0015][0016]式1中：S为待测材料的热中子屏蔽率。
[0017]优选的，所述步骤(1)～(4)中，每个步骤测试中子计数率的次数均≥1次，当测试次数大于1次时，取多次测试的计数总和除以测试时间总和作为平均计数率。
[0018]优选的，所述步骤(1)～(4)中，将中子束出口和热中子探测器的距离记为d1，待测材料和热中子探测器的距离记为d2，镉片和热中子探测器的距离记为d3，其中，d1、d2和d3的取值均为5～30cm，且d1＞d3＞d2，所述镉片和待测材料的距离≤1cm；
[0019]所述镉片的厚度≥0.5mm。
[0020]优选的，所述中子束出口放射出的中子束为经慢化后的中子束，且其中热中子的数量占比为10％以上。
[0021]优选的，所述中子束出口处还设置有金属板；所述金属板的厚度≥1cm。
[0022]优选的，所述步骤(1)～(4)中，测试中子计数率的最小测试时间通过式2进行计算：
[0023][0024]式2中：t
min1
为最小测试时间，单位为min；I为有中子束时实测的计数率，单位cpm；σ
2r,I
为测试时要求的相对误差，无量纲。
[0025]优选的，在考虑热中子探测器本底计数率的情况下测试材料热中子屏蔽性能时，所述测试方法还包括以下步骤：
[0026]在无中子束的情况下测试热中子探测器的本底中子计数率，记为I4；
[0027]在考虑热中子探测器本底计数率的情况下，待测材料的热中子屏蔽率的计算方法如式3所示：
[0028][0029]式3中：S为待测材料的热中子屏蔽率；
[0030]优选的，在考虑热中子探测器本底计数率的情况下，在无中子束情况下和有中子束情况下测试中子计数率的总最小测试时间通过式4进行计算：
[0031][0032]测试热中子探测器的本底中子计数率的最小测试时间通过式5进行计算：
[0033][0034]有中子束时的测试时间通过式6进行计算：
[0035][0036]式4～式6中：t
min2
为在无中子束情况下和有中子束情况下测试中子计数率的总最小测试时间，单位为min，t
b
‑
min
为无中子束条件下测试热中子探测器的本底中子计数率的最小测试时间，单位为min，t
s
‑
min
为有中子束时步骤(1)～(4)中测试中子计数率的最小测试时间，单位为min；I
b
为无中子束时试热中子探测器的本底实测计数率，I
s
为有中子束时试热中子探测器的实测计数率。
[0037]优选的，所述热中子屏蔽率S的不确定度记为U
p
，通过式7进行计算：
[0038][0039]式7中：k为不确定度的包含因子，取值为1，2或3，表示区间{S
‑
k
×
U
p
，S+k
×
U
p
}对实际屏蔽率的包含概率，k＝1时的包含概率为68.3％，k＝2时的包含概率为95％，k＝3时的包含概率为99％；u
I0
为I0的不确定度；u
I1
为I1的不确定度；u
I2
为I2的不确定度；u
I3
为I3的不确定度。
[0040]优选的，所述u
I0
、u
I1
、u
I2
和u
I3
的计算方法如下：
[0041]当步骤(1)～(4)中中子计数率的测试次数均为1次时，u
I0
、u
I1
、u
I2
和u
I3
的通过式8进行计算：
[0042][0043]式8中，I
i
为单次测量的计数率，t
i
为单次测量的时间，I
i
和t
i
中i为0，1，2，3。
[0044]当步骤(1)～(4)中中子计数率的测试次数大于1次时，此时u
I0
、u
I1
、u
I2
和u
I3
的通过式9进行计算：
[0045][0046]式9中：为n次测量所得中子计数率的平均值，其中的i为0，1，2或3；t
ij
为每次测量的时间，t
ij
中，i为0，1，2，3，j为1，2，
…
n，n为测试次数；
[0047]通过式10进行计算：
[0048][0049]式10中，N
ij
为每次测量得到中子计数，其中i为0，1，2，3，j为1，2，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料热中子屏蔽性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将热中子探测器置于中子束出口下，发射中子束并测试中子计数率，记为I0；(2)将待测材料置于中子束出口和热中子探测器之间，发射中子束并测试中子计数率，记为I1；(3)将镉片置于中子束出口与热中子探测器之间，发射中子束并测试中子计数率，记为I2；(4)将镉片和待测材料同时置于中子束出口与热中子探测器之间，发射中子束并测试中子计数率，记为I3；所述步骤(1)～(4)没有时间顺序的要求；待测材料的热中子屏蔽率的计算方法如式1所示：式1中：S为待测材料的热中子屏蔽率。2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)中，每个步骤测试中子计数率的次数均≥1次，当测试次数大于1次时，取多次测试的计数总和除以测试时间总和作为平均计数率。3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)中，将中子束出口和热中子探测器的距离记为d1，待测材料和热中子探测器的距离记为d2，镉片和热中子探测器的距离记为d3，其中，d1、d2和d3的取值均为5～30cm，且d1＞d3＞d2，所述镉片和待测材料的距离≤1cm；所述镉片的厚度≥0.5mm。4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述中子束出口放射出的中子束为经慢化后的中子束，且其中热中子的数量占比为10％以上。5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述中子束出口处还设置有金属板；所述金属板的厚度≥1cm。6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤(1)～(4)中，测试中子计数率的最小测试时间通过式2进行计算：式2中：t
min1
为最小测试时间，单位为min；I为有中子束时实测的计数率，单位cpm；σ
2r,I
为测试时要求的相对误差，无量纲。7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在考虑热中子探测器本底计数率的情况下测试材料热中子屏蔽性能时，所述测试方法还包括以下步骤：在无中子束的情况下测试热中子探测器的本底中子计数率，记为I4；在考虑热中子探测器本底计数率的情况下，待测材料的热中子屏蔽率的计算方法如式3所示：
式3中：S为待测材料的热中子屏蔽率；8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，在考虑热中子探测器本底计数率的情况下，在无中子束情况下和有中子束情况下测试中子计数率的总最小测试时间通过式4进行计算：测试热中子探测器的本底中子计数率的最小测试时间通过式5进行计算：有中子束时的测试时间通过式6进行计算：式4～式6中：t
min2
为在无中子束情况下和有中子束情况下测试中子计数率的总最小测试时间，单位为min，t
b
‑
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海玲，文继，帅茂兵，张宏俊，莫钊洪，熊忠华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：