【導(dǎo)讀】自30年代末發(fā)現(xiàn)了中子轟擊鈾原子核能引起核的分裂，人類開始利用原子能以來，中子探測(cè)就占有者特殊的地位。近年來中子活化分析、中子測(cè)井探礦、中子輻射育種和中子致癌等技術(shù)有了很大發(fā)展?？捎糜谥凶犹綔y(cè)的閃爍材料種類繁多，按探測(cè)器的工作機(jī)理分類，可分成氣體電離探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器、閃爍探測(cè)器及自給能探測(cè)器。其中閃爍探測(cè)器中子探測(cè)效率高、脈沖衰減快，易用于高計(jì)數(shù)率場(chǎng)合在中子探測(cè)及中子測(cè)譜中有很重要的地位。本文在對(duì)中子探測(cè)技術(shù)以及有機(jī)閃爍體探測(cè)器進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上對(duì)目前中子探測(cè)中常用的有機(jī)閃爍探測(cè)器進(jìn)行介紹，對(duì)其性能進(jìn)行研究比較進(jìn)而了解其特性及原理。其中核反應(yīng)法因方法簡(jiǎn)單，測(cè)試精確快速而應(yīng)用最為廣泛。在不遠(yuǎn)的將來核科學(xué)技術(shù)將被更多的人所熟知，中子探測(cè)也將發(fā)揮更重要的作用。觀測(cè)和測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)世界的主要手段之一。從1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性到1939年哈恩和斯特拉斯曼(Strassm

　　

【正文】 eV，注量率為1中子/（scm2）；%左右。這是因?yàn)橛袡C(jī)晶體閃爍體含有大量的氫（，cm3），而且氫的散射截面非常大（1024cm2）。有機(jī)晶體閃爍體的另外一個(gè)特點(diǎn)是探測(cè)器效率隨中子能量的變化很緩慢?？祉憫?yīng)時(shí)間這一特性則是有機(jī)閃爍體優(yōu)于所有其它類型中子探測(cè)器的突出優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)晶體閃爍體的不足之處在與：1） 質(zhì)子能量與光脈沖之間的關(guān)系是非線性的。如果用閃爍體測(cè)量中子能譜，需要先行刻度，且刻度結(jié)果的分析也麻煩。2） 對(duì)γ輻射較靈敏。為此，必須對(duì)閃爍體進(jìn)行γ效應(yīng)修正，或借助脈沖形狀甄別來消除γ射線影響。這一缺點(diǎn)限定了反沖質(zhì)子閃爍探測(cè)器的中子能量下限為1MeV左右。3） 能量較高時(shí)，雙散射效應(yīng)使質(zhì)子反沖份額增大。當(dāng)然，可以借助縮小閃爍體的幾何尺寸來減小這一效應(yīng)，也可以通過校準(zhǔn)而準(zhǔn)確的確定這一效應(yīng)。4） 反沖質(zhì)子從閃爍體表面逃逸而損失部分能量。該效應(yīng)可以計(jì)算，而且可借助于增大閃爍體的幾何尺寸來減小。另外，對(duì)于茋晶體，質(zhì)子反沖方向與晶體軸線方向之間的夾角與光輸出有密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系。 中子探測(cè)玻璃閃爍體可用于中子探測(cè)的閃爍材料種類繁多。從物質(zhì)狀態(tài)上可分固體閃爍體、液體閃爍體和氣體閃爍體。但是目前具有使用價(jià)值的均為固體閃爍體。其中以晶體閃爍體與玻璃閃爍體應(yīng)用最為廣泛。晶體閃爍體雖然發(fā)光效率高，但由于拉制周期長(zhǎng)，制備工藝復(fù)雜，化學(xué)穩(wěn)定性差, 晶體生長(zhǎng)尺寸受限制以及價(jià)格昂貴等因素從而影響其在通用儀器設(shè)備上的應(yīng)用。玻璃閃爍體是近年來新發(fā)展起來的一種非晶態(tài)無機(jī)閃爍材料，它可采用澆注、模壓、熱壓等工藝制作，具有制備工藝簡(jiǎn)單，易于成型的優(yōu)點(diǎn)，它不潮解、耐酸堿、耐溫度的急劇變化，因此在有腐蝕性液體及蒸汽存在的惡劣場(chǎng)合，其他閃爍體無法使用，它仍能工作。正是由于上述原因，盡管玻璃閃爍體閃爍效率偏低，卻絲毫沒有影響人們對(duì)它的興趣。目前玻璃閃爍體在中子飛行時(shí)間實(shí)驗(yàn)、石油測(cè)井、無損探傷及中子照相等領(lǐng)域顯示出了它的許多優(yōu)越性。目前可用于中子探測(cè)的玻璃閃爍體主要有兩種：一種是基于硼反應(yīng)的玻璃閃爍體, 一種是基于鋰反應(yīng)的玻璃閃爍體。其核反應(yīng)分別為[12]：；。中子玻璃閃爍體由于其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是一種非常有潛力的閃爍體材料；目前已成功應(yīng)用于飛行時(shí)間譜儀、無損探傷的中子照相以及石油測(cè)井中。亦可用于α以及裂變碎片的探測(cè)。以及γ輻射的探測(cè)。此外借助于脈沖幅度甄別技術(shù)。也可用同一塊玻璃閃爍體同時(shí)探測(cè)中子與γ輻射。制成中子γ聯(lián)合探測(cè)器。但是中子玻璃閃爍體也由于其發(fā)光強(qiáng)度較弱等缺陷, 在某些應(yīng)用領(lǐng)域尚無法與晶體閃爍體和有機(jī)閃爍體相媲美，限制了其應(yīng)用。此外近年來隨著中子探測(cè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)閃爍體密度亦提出了更高的要求。因此下一步發(fā)展高發(fā)光效率、高密度化將是中子玻璃閃爍體重要發(fā)展的方向。 塑料閃爍體塑料閃爍體是有機(jī)閃爍物質(zhì)在塑料中的固溶液。它屬有機(jī)閃爍體，一般由有機(jī)閃爍物質(zhì)溶解與一種適當(dāng)?shù)膯误w（通常是苯乙烯或乙烯基甲苯）中，用此單體的自由基聚合而成。塑料閃爍體的性能參數(shù)隨基質(zhì)、閃爍物質(zhì)和第二溶質(zhì)—移波劑的不同及份額差異而不同。因此塑料閃爍體的品種是多種多樣的，性能參數(shù)差異很大。但塑料塑料閃爍體的發(fā)射光譜與閃爍物質(zhì)相同，而與基質(zhì)的發(fā)射光譜無關(guān)。當(dāng)應(yīng)用移波劑時(shí)，塑料閃爍體的發(fā)射光譜與移波劑的一致。塑料閃爍體的光輸出隨閃爍隨閃爍物質(zhì)濃度增大而增大，其質(zhì)量濃度為1%4%時(shí)達(dá)到極值。繼續(xù)增大濃度，光輸出反而減小。%%的移波劑能使光輸出急劇增大?，F(xiàn)今，國(guó)外最通用型的塑料閃爍體是英國(guó)NE公司生產(chǎn)的NE102A。我國(guó)生產(chǎn)的ST401型塑料閃爍體的性能指標(biāo)與NE102A基本相同。這是兼顧發(fā)光效率、光傳輸性能與閃爍衰減時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)的通用型產(chǎn)品[13]。ST401型塑料閃爍體有聚苯乙烯作基質(zhì)，加對(duì)聯(lián)三苯作閃爍物質(zhì)，POPOP為移波劑制成。其發(fā)射光譜的主峰在423nm處，相對(duì)于蒽晶體的光輸出為33%40%。，所含碳原子與氫原子數(shù)之比為1:。 ST401以及載6Li閃爍探測(cè)器中子靈敏度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果[14](En=) ()閃爍體型號(hào)尺寸信號(hào)電流A監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)中子注量率Sn(PMT)Sn(PD)Sn(PD)修ST401Φ40*10682+041%6LiΦ40*10703+042%6LiΦ40*10701+044%6LiΦ40*10689+044%6LiΦ40*20722+044%6LiΦ40*2718+04，在En=，對(duì)于同一尺寸Φ40*10的載6Li塑料閃爍探測(cè)器，摻1%6Li的靈敏度約比普通塑料閃爍探測(cè)器低75%，而高2%Li10%。載4%Li閃爍探測(cè)器的靈敏度比2%6Li低約20%。這是由于隨著摻雜6Li濃度的升高，閃爍體的透明度降低所致。當(dāng)中子能量En=，6Li與中子的作用截面和次級(jí)帶電粒子引起發(fā)光產(chǎn)額的乘積是下降的，而中子與H核發(fā)生彈性散射截面與與反沖質(zhì)子引起的發(fā)光產(chǎn)額的乘積確實(shí)上升的，所以在En=。因此對(duì)于同一種厚度的閃爍體，其靈敏度變化的主要因素是閃爍體的透明度。 相同尺寸摻不同濃度6Li閃爍探測(cè)器的中子靈敏度曲線[14] 摻4%6Li不同尺寸閃爍探測(cè)器的中子靈敏度曲線[14] 液體閃爍體液體閃爍體也是一種有機(jī)閃爍體。它由一種（或幾種）溶劑與一種（或幾種）具有閃爍特性的溶質(zhì)組成。有時(shí)，為了提高光產(chǎn)額在溶液中還加入少量移波劑。現(xiàn)今，已知至少有50多種溶液在核輻射照射下能產(chǎn)生閃爍，但是光輸出足夠大、可以可靠地用于實(shí)驗(yàn)的液體閃爍體并不多[15]。溶劑是溶解溶質(zhì)和/或樣品的介質(zhì)。溶劑的作用是吸收核輻射的能量。按照其相對(duì)數(shù)量的多少和它們?cè)陂W爍過程中所起的作用，可分為第一溶劑和第二溶劑。前者是初始能量的吸收媒介，并產(chǎn)生初始受激分子；后者是將第一溶劑吸收的能量向閃爍物質(zhì)（溶質(zhì)）分子傳遞的中介，它可以提高這一能量遷移的效率。溶質(zhì)是一種高效的有機(jī)熒光物質(zhì)。其作用是接受受激溶劑分子的激發(fā)能而被激發(fā)，退激時(shí)釋放出光子。移波劑有時(shí)也稱作第二溶質(zhì)，其作用是改變第一溶質(zhì)發(fā)射的熒光之波長(zhǎng)。國(guó)產(chǎn)ST451型液體閃爍體是一二甲苯為溶劑，PPO做第一溶質(zhì)，萘為第二溶質(zhì)及POPOP為移波劑配制而成。其發(fā)射光譜的最強(qiáng)在420nm處，衰減時(shí)間23ns。 液體閃爍計(jì)數(shù)中所用的溶質(zhì)的熒光性質(zhì)[16]溶劑吸收波長(zhǎng)λ（nm）發(fā)射波長(zhǎng)（nm）量子產(chǎn)額衰減時(shí)間（ns）內(nèi)轉(zhuǎn)換S3→S1苯25528329甲苯26328534對(duì)二甲苯266291301,2,4—三甲基苯270293對(duì)二氧雜環(huán)己烷185247—對(duì)二氧雜環(huán)己烷185325——1—甲基萘28033867—2—乙基萘28033050—間二甲苯265289—鄰二甲苯265289—苯甲醚270296—隨著有機(jī)液體閃爍體制作技術(shù)的發(fā)展，立方米級(jí)的大液體閃爍體的生產(chǎn)已成為現(xiàn)實(shí)。早在50年代，在中微子實(shí)驗(yàn)及裂變中子的研究中，已應(yīng)用配有多支光電倍增管的大型液體閃爍探測(cè)器了。除反沖質(zhì)子脈沖之外，在這些大型液體閃爍體中載有Cd或Gd，因此中子被閃爍體中的氫慢化后，被Cd或Gd俘獲而放出γ射線。俘獲γ脈沖比初始的快中子反沖質(zhì)子的延遲可達(dá)30μs。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 結(jié)論結(jié) 論有機(jī)晶體閃爍探測(cè)器是一種非常有效的快中子探測(cè)器。其探測(cè)器效率隨中子能量的變化很緩慢。具有快響應(yīng)時(shí)間，適用于高計(jì)數(shù)率場(chǎng)合。其測(cè)中子能譜時(shí)要先行刻度；而且其對(duì)γ輻射較靈敏，要降低γ射線本底。塑料閃爍體的品種是多種多樣的，性能參數(shù)差異巨大。但塑料閃爍體的發(fā)射光譜與閃爍物質(zhì)相同，而與基質(zhì)的發(fā)射光譜無關(guān)。塑料閃爍體的光輸出隨閃爍物質(zhì)濃度增大而增大，其質(zhì)量濃度為1%4%時(shí)達(dá)到極值。繼續(xù)增大濃度，光輸出反而減小。液體閃爍體中光輸出足夠大、可以可靠地用于實(shí)驗(yàn)的液體閃爍體并不多。液體閃爍體做為快中子探測(cè)器，主要是探測(cè)中子在其中的氫核散射后產(chǎn)生的反沖質(zhì)子。對(duì)于中子的能量不同有機(jī)閃爍探測(cè)器的選擇也不同。這由于中子探測(cè)原理決定，反沖質(zhì)子閃爍探測(cè)的能量下限為1MeV左右。所以有機(jī)閃爍探測(cè)器的選擇與被測(cè)中子的能量密切相關(guān)，當(dāng)測(cè)量慢中子（能量﹤1KeV）時(shí)宜選用中子反應(yīng)截面大；反應(yīng)能Q值大，利于與γ射線進(jìn)行幅度甄別的閃爍體，如含10B ZnS（Ag）、含6Li ZnS（Ag）、LiI（Eu）閃爍體。測(cè)量快中子時(shí)應(yīng)選用以核反沖法為機(jī)理的閃爍探測(cè)器如：ZnS快中子屏、蒽晶體、萘晶體等。高發(fā)光效率將是有機(jī)閃爍探測(cè)器的未來發(fā)展方向。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 致謝致 謝本論文是在劉義保教授的精心指導(dǎo)下完成的。劉老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、和藹可親、亦師亦友，在整個(gè)本科學(xué)習(xí)、生活階段及論文寫作過程中，劉老師給與我必不可少的關(guān)愛、幫助和支持，老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)四載，卻給以終生受益無窮之道。在此表示衷心感謝。衷心感謝魏老師在論文修改過程中給予我的幫助，并感謝同學(xué)們一直以來的幫助和支持。感謝同專業(yè)一起學(xué)習(xí)、生活、娛樂的兄弟們。最后感謝我的家人，感謝他們一直作為我精神和物質(zhì)上的強(qiáng)有力后盾，默默地鼓勵(lì)我、支持我。感謝所有幫助及批評(píng)過我的人。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1] 汲長(zhǎng)松,中子探測(cè)實(shí)驗(yàn)方法,.[2] 楊福家,王炎森,[M],上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2002.[3] 劉慶兆等著,脈沖輻射場(chǎng)診斷技術(shù),科學(xué)出版社(北京)，1994.[4] 張傳飛,脈沖裂變中子總數(shù)測(cè)量新方法的理論研究,強(qiáng)激光與粒子束,Vol,14,(2002)[5] 復(fù)旦大學(xué)等合編,原子核物理實(shí)驗(yàn)方法,原子能出版社,1997年第三版[6] 汲長(zhǎng)松,核輻射探測(cè)器及其實(shí)驗(yàn)技術(shù)手冊(cè),原子能出版社(北京),1990.[7] Changsong J. 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