基于氦-3的大测量腔中子多重性测量装置制造方法及图纸

一种基于氦

【技术实现步骤摘要】
基于氦
‑
3的大测量腔中子多重性测量装置


[0001]本实用涉及核辐射探测
，特别是涉及一种基于氦
‑
3的大测量腔中子多重性测量装置。

技术介绍

[0002]随着核工业的发展，世界范围内的铀、钚等材料越来越多，防止核扩散已经成为当今国际社会普遍关注的问题。由于铀、钚材料都可以产生裂变中子，因此，利用中子探测技术并结合同位素丰度对它们进行非破坏性分析，是核保障领域最常用的手段。在我国，对核设施中铀、钚物料的检测以及长期运行和退役过程中产生的大量放射性固体废物的分类、处理，逐渐成为一项艰巨的任务。在核辐射探测技术的发展中，中子测量技术成为了核辐射探测
非破坏性分析技术的重要手段，在核保障领域，特别是核材料衡算方面具有重要意义。
[0003]中子具有穿透力强，且不容易被屏蔽的特点，在面向中、高密度，大体积样块分析时成为了唯一快速可行且能够同时满足探测技术，并在中低放固体放射性废物的分类检测中具有广阔的应用前景。在以上相关领域，U/Pu物料的精确定量分析中，包括在常规样品分析、库房盘存、U/Pu生产线闭合衡算等方面，该技术都发挥着积极的作用。
[0004]而中子多重性测量技术是一种通过测量核材料裂变中子的多重性分布，以实现对核材料进行准确定量分析的快速无损分析技术(NDA)；测量过程中无需进行标样刻度，从而避免了标样使用可能对测量结果带来的影响。由于裂变中子在时间上具有相关性，故一次裂变事件中释放的中子数目具有一定的概率分布，即多重性分布；该方法可以区分裂变中子与非裂变中子，最大限度降低非裂变中子的干扰和基体材料对测量的影响。
[0005]中子多重性计数测量方法是最先进的一种核材料无损分析方法，虽然核材料发生裂变反应时产生的中子数目是随机的，但遵循统计规律，符合一定的概率分布；该概率分布就称之为中子多重性分布。通过核材料裂变发射的中子多重性分布信息的研究，就能够准确得到核材料的质量属性。基于氦
‑
3的中子多重性测量装置采用氦
‑
3作为中子探测器，测量装置的空腔中通常填满聚乙烯，裂变中子经过聚乙烯慢化成为热中子再被氦
‑
3管探测，形成脉冲序列，通过符合分析方法得到中子总计数率以及多重计数率，代入中子多重性测量方程从而得到样品的有效质量，中子多重性测量用下列方程表示：
[0006]Singles＝Fεν
sf,1
(1+α)M
ꢀꢀꢀ
(1)
[0007][0008][0009]式中Singles、Doubles和Triples分别为一重、二重、三重计数率，ν
sf,1
、ν
sf,2
和ν
sf,3
分别是自发裂变发射中子数分布的一二三阶阶乘矩，ν
i1
、ν
i2
、和ν
i3
分别是诱发裂变发射中子数分布的一二三阶阶乘矩，ε是探测器的中子探测效率，f
d
、f
t
分别是探测器二重三重符合门因子，M为增殖系数，α为中子数与自发裂变中子数的比值，F为自发裂变中子时的平均反应率。
[0010]为了使中子多重性测量技术能够满足不同测量对象的实际需要，通常需要根据拟测量对象的体积以及探测效率要求对中子多重性测量装置进行设计。氦
‑
3计数管是中子多重性测量装置中的核心部件，从核辐射探测的原理上来说，只要氦
‑
3计数管在装置中设置的数量足够多、长度足够长，就能够满足不同体积测量对象的测量要求，但由于氦
‑
3气体稀缺且价格高昂，不可能在不考虑成本的前提下无限制的使用氦
‑
3计数管。
[0011]故在面向大体积测量对象时，现有多重性测量设备往往存在以下问题：
[0012]1、现有多重性测量设备的测量腔尺寸分别为φ170mm
×
300mm(NMC
‑
01)、φ229mm
×
206mm(AWCC)、φ165mm
×
305mm(5RMC)，而以上设备的测量腔都未达到φ400mm
×
400mm，故现有多重性测量设备的测量腔都无法满足大体积样品的测量需求；
[0013]2、若直接将上述现有多重性测量设备的测量腔直接扩大至φ400mm
×
400mm后，并维持现有多重性测量设备中氦
‑
3计数管的基本参数，并按照增大后的测量腔比例，等比例的增加氦
‑
3计数管的间隔距离，则会导致探测效率全部低于20％；
[0014]3、现有多重性测量设备的测量腔尺寸为φ170mm
×
300mm(NMC
‑
01)的氦
‑
3计数管的使用总量为6776cm，测量腔尺寸为φ229mm
×
206mm(AWCC)的氦
‑
3计数管使用总量为2940cm，测量腔尺寸为φ165mm
×
305mm(5RMC)的氦
‑
3计数管使用总量为50820cm，使用量极大，严重浪费经济成本，经济效益较差。

技术实现思路

[0015]本实用目的就是针对现有技术中的不足，提供一种基于氦
‑
3的大测量腔中子多重性测量装置，通过合理设置氦
‑
3计数管结构和测量腔结构，在满足探测效率和大体积样品测量需求的前提下，有效控制氦
‑
3计数管的使用总量，降低经济成本，提高经济效益，从而解决现有多重性测量设备存在的探测效率低、无法满足大体积样品测量、因氦
‑
3计数管使用需求大导致的成本显著提高等问题。为实现以上目的，本实用通过以下技术方案予以实现：
[0016]一种基于氦
‑
3的大测量腔中子多重性测量装置，包括框架、探测系统、水平运动控制系统、垂直运动控制系统及电力控制系统，所述框架包括上顶板和下底板，所述上顶板和下底板之间设置4根相互平行的框架侧架，所述电力控制系统包括供电模块和电机控制箱，所述供电模块和电机控制箱均设置在框架侧架上；所述探测系统包括测量腔和探测组件，所述测量腔通过上夹板和下夹板设置于框架的上侧，所述探测组件设置在测量腔的内侧，所述探测组件包括中子多重性探测器和探测器屏蔽体，所述中子多重性探测器为氦
‑
3计数管，所述探测器屏蔽体上设置有凹槽，所述凹槽用于放置氦
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3计数管；所述测量腔的上侧还设置有与测量腔相契合的上盖板；所述测量腔和上顶板之间还设置有电子学盒，所述电子学盒通过线缆与氦
‑
3计数管和供电模块相连接；所述水平运动控制系统包括水平运动支撑导轨，所述水平运动支撑导轨铺设在下底板上并利用距离调整支架越过框架侧架向外延
伸，滑动支撑板通过导轨支撑单元与所述水平运动支撑导轨建立滑动连接，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氦
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3的大测量腔中子多重性测量装置，包括框架、探测系统、水平运动控制系统、垂直运动控制系统及电力控制系统，其特征在于，所述框架包括上顶板和下底板，所述上顶板和下底板之间设置4根相互平行的框架侧架，所述电力控制系统包括供电模块和电机控制箱，所述供电模块和电机控制箱均设置在框架侧架上；所述探测系统包括测量腔和探测组件，所述测量腔通过上夹板和下夹板设置于框架的上侧，所述探测组件设置在测量腔的内侧，所述探测组件包括中子多重性探测器和探测器屏蔽体，所述中子多重性探测器为氦
‑
3计数管，所述探测器屏蔽体上设置有凹槽，所述凹槽用于放置氦
‑
3计数管；所述测量腔的上侧还设置有与测量腔相契合的上盖板；所述测量腔和上顶板之间还设置有电子学盒，所述电子学盒通过线缆与氦
‑
3计数管和供电模块相连接；所述水平运动控制系统包括水平运动支撑导轨，所述水平运动支撑导轨铺设在下底板上并利用距离调整支架越过框架侧架向外延伸，滑动支撑板通过导轨支撑单元与所述水平运动支撑导轨建立滑动连接，所述滑动支撑板的上侧设置与测量腔相契合的检测底座，所述检测底座上设置活动定位卡；所述滑动支撑板的下侧还设置有水平丝杠轴承座，水平手轮通过水平运动丝杠与所述水平丝杠轴承座相连接；所述滑动支撑板远离水平运动支撑导轨的一侧设置有水平限位块，所述上夹板与上顶板之间设置有垂直限位块；所述垂直运动控制系统包括垂直运动电机、两组垂直运动丝杠及两组垂直导向轴；所述垂直运动丝杠利用垂直丝杠螺母贯穿上夹板和下夹板，并通过垂直丝杠轴承座与上顶板和下底板建立连接；所述垂直导向轴利用垂直直线轴承贯穿上夹板和下夹板，并通过垂直限位筒法兰与上顶板和下底板固定连接；所述垂直运动电机通过联轴器与垂直动力齿轮转换器相连接，所述垂直动力齿轮转换器通过2组垂直传动辊分别与垂直丝杠轴承座建立动力连接，所述垂直动力齿轮转换器上还设置有垂直手轮，所述垂直运动电机通过电机控制箱与供电模块相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于氦
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【专利技术属性】
技术研发人员：黎素芬，张全虎，霍勇刚，蔡幸福，李凯乐，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：新型
国别省市：