【正文】 v （21）式中：v—中子速度；m—中子質(zhì)量；k—波耳茲曼常數(shù)；T—絕對溫度。常見的中子源有：放射性同位素中子源、自發(fā)裂變中子源、加速器中子源、反應(yīng)堆中子源。這4種過程也是探測中子的4種原理。不同能量中子的探測原理和探測器的結(jié)構(gòu)差別都很大。 核反應(yīng)法 中子本身不帶電，它和物質(zhì)中原子核之間沒有庫侖斥力，因此比較容易進入原子核，發(fā)生核反應(yīng)。這種方法主要用于探測慢中子的強度，在個別情況下，也可用以測量快中子能譜。中子減少的能量傳遞給原子核，使原子核以一定速度運動。記錄了反沖核，就是探測到中子。它是探測快中子的主要方法。對于熱中子、慢中子，總是選用235U，239PU，233U做裂變材料。239Pu177。 活化法中子和原子核相互作用時，輻射俘獲是很重要的作用過程。這種俘獲中子，放出γ輻射的過程為“輻射俘獲”，用（ n，γ）表示。輸出脈沖幅度高，對γ靈敏度極低半導(dǎo)體探測器233U蒸膜半導(dǎo)體探測器核裂變法6LiF夾心半導(dǎo)體探測器核反應(yīng)法閃爍探測器含10B ZnS（Ag）含6Li ZnS（Ag）LiI（Eu）閃爍體載10B（或6Li、Ga）液體閃爍體核反應(yīng)法中子探測器效率高、脈沖衰減快，易用于高計數(shù)率場合，對高壓電源穩(wěn)定性要求高熱釋光探測器6LiF熱釋光探測器核反應(yīng)法體積小、無需電源、不能在線給出數(shù)據(jù)。不能再線實時提供中子信息。主要用于高中子注量率并伴有強γ輻射的場合進行中子探測 快中子探測器見表 快中子探測器類型中子探測器探測原理主要特點、用途氣體電離探測器含氫正比計數(shù)管核反沖法快中子譜儀用238U裂變室核反沖法快中子閾探測器232Th半導(dǎo)體探測器有機膜半導(dǎo)體探測器核反沖法238U蒸膜半導(dǎo)體探測器核裂變法232Th蒸膜半導(dǎo)體探測器閃ZnS快中子屏核反沖法脈沖衰減快，用于快時間實驗爍塑料閃爍體探蒽測萘器液體閃爍體徑跡探測器核乳膠核反沖法直觀顯示徑跡，主要用于高能物理塑料蝕刻探測器威爾遜云室中24Mg（n，p）核小巧，使用方便子27Al（n，p）激激（n，α）活活31P（n，p）法指32S（n，p）示54Fe（n，p）器53Ni（n，p）東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 脈沖輻射場及探測器特性3 脈沖輻射場及探測器特性 脈沖輻射測量的特殊性輻射有穩(wěn)態(tài)和脈沖態(tài)兩種形式，在單位時間內(nèi)發(fā)出的輻射粒子數(shù)在統(tǒng)計范圍內(nèi)不隨時間改變的物質(zhì)、器件或裝置稱為穩(wěn)態(tài)輻射源。脈沖輻射場測量的對象是輻射中所含的群粒子。對脈沖輻射場群粒子集體統(tǒng)計行為進行測量并給出反映脈沖輻射場特征的系統(tǒng)稱為脈沖輻射場測量系統(tǒng)。脈沖輻射探測系統(tǒng)是指在脈沖輻射場中置放的輻射準直器、衰減器、輻射轉(zhuǎn)換器(材料或靶)以及必要的真空系統(tǒng)與探測器組成的結(jié)構(gòu)總體。與穩(wěn)態(tài)輻射場探測相比，脈沖輻射探測有自己的特殊性，由脈沖輻射場的脈沖特性決定，這也是有別于穩(wěn)態(tài)輻射場探測的根本所在。而脈沖輻射場測量的對象則是輻射脈沖。每個粒子的個體行為及其在探測元件中產(chǎn)生的可傳輸與記錄的效應(yīng)湮沒于輻射脈沖中群粒子的集體統(tǒng)計行為之中，該集體行為是每個個體粒子行為的統(tǒng)計疊加。就測量方法而言，在穩(wěn)態(tài)輻射場測量中，通過計數(shù)率反映輻射場輻射粒子的時間分布和輻射場輻射粒子的強度，通過各單個粒子在探測器中輸出的各自脈沖幅度，反映輻射場中粒子的能譜特性。就粒子鑒別技術(shù)而言，穩(wěn)態(tài)輻射場測量時，通常是根據(jù)探測器輸出的脈沖形狀和大小，采用符合或反符合技術(shù)鑒別輻射場粒子的能量和種類。這一群粒子，既包含同類型輻射的不同能量的粒子，又包含不同類型、不同能量的其他輻射粒子。就測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)特性而言，在穩(wěn)態(tài)輻射場測量中，要求的是測量系統(tǒng)時間分辨盡可能好，以期在單位時間內(nèi)得到更多的計數(shù)，減少統(tǒng)計漲落，減少因測量系統(tǒng)的死時間對計數(shù)的修正，不涉及記錄脈沖信號性狀的復(fù)原問題。因此，必需首先了解測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)特性，然后利用這已知的時間響應(yīng)特性和測量出的脈沖信號進行數(shù)學(xué)復(fù)原處理一逆卷積，這樣得到的復(fù)原脈沖信號的特征，才能表征或反映脈沖輻射場脈沖的性狀，使得測量結(jié)果變得有意義。脈沖輻射場測量中，測量結(jié)果的統(tǒng)計性，既有記錄數(shù)目的統(tǒng)計性，又有群粒子總作用效應(yīng)的統(tǒng)計性[16]。更重要的是，在穩(wěn)態(tài)輻射場測量條件不變的情況下，由于輻射場處于穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)，因此，人們可以進行多次重復(fù)性測量。脈沖輻射場測量則不同，輻射脈沖并非完全周期性，每個輻射脈沖的特征特不盡相同，因此，在針對每個輻射脈沖進行測量時，測量結(jié)果必須與之對應(yīng)。如果測量結(jié)果不合理甚至測量失敗，則不再有可能得到重新測量的機會。因此，用于穩(wěn)態(tài)輻射場的測量技術(shù)便不能簡單地推廣到脈沖輻射場診斷中[7]。粒子（量子）Φ Φ= [量子/厘米2] (31)dN是射入面面積為ds的單位小球體體內(nèi)的粒子或量子數(shù)目。粒子注量率(粒子或量子通量密度) [量子/(厘米2 能注兩 [焦耳/厘米2] (34)是射入橫截面面積為ds的單元小球體體內(nèi)的全部粒子或量子的能量總和。秒)] (35)是在時間內(nèi)射入橫截面積為 ds的單元小球體體內(nèi)的全部粒子或量子的總和。以上各參數(shù)作為一個整體，足以能完整地反映脈沖電離輻射場的各種性質(zhì)。另一方面，任何一個脈沖輻射場測量系統(tǒng)給出反映脈沖輻射場全部特征的測量結(jié)果往往是很困難的，而且在解決實際物理問題時也不一定都是需要的。 選擇性要求選擇包括輻射場中輻射粒子類型的選擇和輻射探測位置的選擇。顯然，一個測量系統(tǒng)只能針對輻射場中的某一種類型的脈沖輻射進行測量，其測量結(jié)果才有意義。使作為本底的其他輻射、散射的影響減小到允許水平，以保證有足夠的信噪比輸出。此外，還根據(jù)測量目的選定探測位置。對脈沖中子時間譜測量時，探測位置應(yīng)在近場處。 測量系統(tǒng)靈敏度和動態(tài)工作范圍的要求測量系統(tǒng)的靈敏度和動態(tài)范圍由探測器或探測系統(tǒng)的靈敏度、線性工作范圍、信號傳輸線的衰減和記錄系統(tǒng)的靈敏度、線性工作范圍決定。測量系統(tǒng)的動態(tài)工作范圍就是在輻射場中選定的探測位置處能夠測量的輻射粒子通量密度的變化范圍，它不同于探測器和探測系統(tǒng)的動態(tài)工作范圍。測量系統(tǒng)動態(tài)范圍下限有干擾電平和高靈敏度探測器輸出的統(tǒng)計漲落決定[8]。因此，測量系統(tǒng)的線性主要由該子測量系統(tǒng)中的探測器或探測系統(tǒng)的輸出線性決定。一般情況下，人們都使測量系統(tǒng)處于線性工作狀態(tài)。與測量系統(tǒng)線性有關(guān)的是，測量系統(tǒng)要有較好的過載性，即一旦因輸入輻射粒子通量密度過大而造成過飽和輸出時，測量系統(tǒng)應(yīng)具有很快恢復(fù)到線性工作狀態(tài)的能力。原則上可以通過測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)函數(shù)和輸出的脈沖時間譜，用數(shù)值逆卷積方法，復(fù)原出輸入脈沖輻射的時間特征。在這種情況下，要求測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)脈沖半高寬小于、遠小于輸入輻射脈沖的半高寬。但也需要指出，在脈沖輻射粒子通量密度不大的情況下，測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)越快，輸出脈沖的統(tǒng)計漲落也越大。為了給出反映脈沖輻射特征的測量結(jié)果，常常需要配置粒子種類選擇系統(tǒng)、輻射準直系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、輻射轉(zhuǎn)換器件和信號變換設(shè)備等，構(gòu)成整個測量系統(tǒng)的環(huán)節(jié)很多，又很分散。尤其在人為的因素影響測量系統(tǒng)可靠性的情況下更是如此。測量結(jié)果的真?zhèn)涡允菧y量系統(tǒng)可靠性的另一標志。在脈沖輻射場、混合脈沖輻射場的測量實踐中，有時會發(fā)生對測量到的信號的真?zhèn)坞y以判斷的情況，說明測量系統(tǒng)存在某種不可靠因素。所謂物理因果關(guān)系原則，就是記錄的脈沖輻射信號的產(chǎn)生、發(fā)展和終止過程，必然存在內(nèi)在的固有因果關(guān)系。如若記錄到信號，則是根據(jù)物理因果原則可以斷定，記錄到的這種信號必然是偽信號一在此時刻之前的其他輻射干擾信號或測量系統(tǒng)本身出現(xiàn)自激和偶然放電信號。其時間行為是確定的。在一定探測距離條件下，用相同的測量系統(tǒng)，對相同時刻發(fā)生的脈沖中子、脈沖Y輻射進行測量時，由于上述兩種輻射飛行時間差的緣故，根據(jù)信號時間行為原則，脈沖Y輻射信號應(yīng)該首先被測量，其后才是脈沖中子信號。說明測量系統(tǒng)本身早已存在不可靠性因素。如果測量系統(tǒng)的測量對象是脈沖韌致輻射信號，而測量結(jié)果出現(xiàn)顛倒的情況，則根據(jù)信號的物理因果關(guān)系和時間行為原則，可以判定測量的信號是偽信號，沒有真實性。為了減小測量系統(tǒng)的失效概率，提高測量結(jié)果的真實性和有效性，要求測量系統(tǒng)有良好的輻射粒子選擇性、抗干擾性、工作狀態(tài)的合理性和時間關(guān)聯(lián)的精確性。 脈沖輻射探測器的特性大多數(shù)脈沖電離輻射探測器的工作原理，是基于粒子在探測器靈敏體積內(nèi)使原子和分子電離或者激發(fā)而產(chǎn)生的效應(yīng)。為使原子電離或者激發(fā)而傳輸給物質(zhì)的能量，被轉(zhuǎn)換成電信號，這個轉(zhuǎn)換過程一般由幾個連貫的具體轉(zhuǎn)換過程所組成的。按照電離輻射能量被轉(zhuǎn)換為電信號的原理，探測器可以分成下列幾個基本類型：電離型，其基本原理是利用物質(zhì)的電離過程；輻射致光型，其中包括閃爍型，其基本工作原理是利用物質(zhì)在電離輻射作用下發(fā)光；切倫科夫型，它是利用物質(zhì)在電離輻射作用下放出的法維洛夫一切倫科夫輻射；充電型，它是利用電離輻射作用于物體時所產(chǎn)生的電場。探測器類型繁多，形式各異，因此必須選出一些對于所有脈沖輻射探測器來說是共同的、在總體上能決定探測器適用范圍的最重要的特性加以研究。下面簡單介紹一下探測器的探測效率、能量響應(yīng)、可探測粒子注量率的上下限等。平行輻射入射時，脈沖輻射探測器對單能輻射粒子的探測效率為[4] (31)式中，為能量為E的單能粒子通量(1/cm2)。為平行入射束與探測器靈敏體積橫截面法線方向的夾角。探測效率的物理意義是:探測器靈敏體積的單位有效面積上，在能量為E的單位輻射粒子通量輻照下，與探測器靈敏介質(zhì)相互作用并對探測器輸出有貢獻的入射輻射粒子數(shù)目。 輻射粒子電流靈敏度平行脈沖輻射束垂直入射到探測器靈敏體積的橫截面時，脈沖輻射探測器的靈敏度，一般定義為： [靈敏度]=[輸出總量]/[輸入總量] (32)物理意義是:單位有效輸入總量時探測器對應(yīng)輸出總量的大小。在多數(shù)情況下，探測器的輸出為脈沖電流形式。厘米2?秒) （3 3）式中，為探測器位置處輻射脈沖持續(xù)時間內(nèi)時刻能量為E的粒子通量密度的增量（厘米2?秒1）；為同時刻探測器由引起輸出電流增量（安培）。探測器的能譜特性也相當(dāng)重要，它描述靈敏度對入射到探測器上的單能粒子的能量的依從關(guān)系。探測器的幅度特性，在測量脈沖輻射時起很大作用。 時間響應(yīng)脈沖輻射場測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)特性是指測量系統(tǒng)對輸入輻射脈沖的幅度及其隨時間變化行為的動態(tài)模擬跟隨能力。常用的基準信號有兩種，一種是δ函數(shù)脈沖，一是單位幅度的正弦波。后者則適用于脈沖輻射場測量系統(tǒng)時間特性的頻域分析，即將輸入脈沖輻射的連續(xù)信號分解成不同頻率的基準正弦波的疊加?？紤]能量對輸出的響應(yīng)時，由（）得測量系統(tǒng)的輸出為： (37)我們稱為測量系統(tǒng)對能量時間的聯(lián)合響應(yīng)函數(shù)。這時，輸入輻射脈沖可表示為： （38）測量系統(tǒng)對應(yīng)的輸出脈沖為： （39）從中可以看出，測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)函數(shù)以在時域上唯一決定了測量系統(tǒng)輸入輸出脈沖間的時間特性關(guān)系。因此，用時域分析方法，可以直接比較直觀地從測量系統(tǒng)的輸出得到系統(tǒng)的輸入，便于直接數(shù)值計算。 可探測粒子注量率的上下限測量粒子注量率的上限，由最大線性輸出電流來決定。但是甚至在有一臺理想的儀器能夠記錄探測器輸出的任意電信號的情況下，仍然存在著粒子注量率測量下限的統(tǒng)計局限性，這主要是因為被測得的粒子數(shù)目減少了，而測量的統(tǒng)計誤差卻增加了。這里， s是垂直于射線入射方向的探測器的靈敏體積的橫截面積。然而，如果脈沖輻射探測器及其后面所接的測量設(shè)備，具有靜態(tài)性質(zhì)的固有本底(與輻射場無關(guān))或者具有脈沖性質(zhì)的固有本底(與輻射場有關(guān))，則探測器測量注量率的動態(tài)范圍將大為縮小。如果一個探測器后面的測量設(shè)備能夠記錄下各單個粒子的電脈沖，那么就決定了一個給定的探測器所能探測的輻射場。所謂過載能力，是指在通量密度超過探測器測量注量上限許多倍的輻射脈沖作用之后，探測器仍能保持自己的靈敏度的能力。在數(shù)值上一般用最大容許過載系數(shù)來描述探測器的過載特性，條件是在脈沖持續(xù)時間內(nèi)探測器靈敏度實際上不會下降。脈沖輻射探測器的種類是多種多樣的。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 閃爍探測器4 閃爍探測器 閃爍探測器是利用某些物質(zhì)在帶電離子的激發(fā)作用下會發(fā)光的特性來探測粒子的。與其它種探測器比較，閃爍探測器有如下顯著的特點，使它獲得廣泛的應(yīng)用。閃爍探測器是一種將電離輻射轉(zhuǎn)換成光輻射、再轉(zhuǎn)換成電信號的器件。最左邊的是一個對射線靈敏能產(chǎn)生閃爍光的閃爍體。一般光譜范圍從可見光到紫外光，并且光子向四面八方發(fā)射出去。光電倍增管是一個電真空器件，它由光陰極、若干個打拿極和一個陽極組成。通過高壓電源和分壓電阻，使陽極一各個打拿極一陰極間建立從高到低的電位分布。所以人們把這種器件稱為光電倍增管。 閃爍探測器原理結(jié)構(gòu)示意圖通常閃爍體透光一面由玻璃封裝，如果它和光電倍增管之間存在空氣層就會使閃爍光子經(jīng)受全反射，不易到達光陰極，故其間充以折射系數(shù)和玻璃差不多的