含硼塑料闪烁体在中子探测方面具有许多优良特性,由于10B 具有很高的慢中子俘获截面,氢具有很高的快、慢中子散射截面,因此能够实现对慢中子和快中子的同时探测.为有效区分中子和γ事件,用过零时间法对含硼塑料闪烁体BC454 的中子-γ甄别能力进行了实验测量.三组对比实验的结果表明,脉冲上升时间谱存在三个明显的高斯分布,它们从左到右依次分别对应于γ射线、快中子和慢中子, 含硼塑料闪烁体具有一定的中子-γ甄别能力,能够进行快、慢中子的同时测量.
近年来,中子技术越来越多地应用于生产生活的各个领域,中子探测技术特别是对宽能谱低强度裂变中子的探测技术显得越来越重要,含硼塑料闪烁体探测器对于低通量的热中子和快中子都具有很高的探测效率,是目前各类中子探测器中的优选。本文基于蒙特卡罗方法,对含硼塑料闪烁体的中子探测性能进行研究,针对低通量裂变中子入射到含硼塑料闪烁体中的能量沉积特性以及探测效率进行研究分析,从而为今后含硼塑料闪烁体更加高效的实际应用打下基础。本文主要研究方法为基于蒙特卡罗方法的数值模拟计算,获得在各种中子源能量、含硼塑料闪烁体直径及长度时,含硼塑料闪烁体探测器的中子探测性能。在此研究基础上,对闪烁体添加聚乙烯慢化体,通过聚乙烯慢化体对中子的散射来提高中子的慢化程度,增加中子与硼的反应几率。模拟不同的慢化体添加方式,找出理论上最优的慢化体添加方案来设计探测器。最后借助课题组的外协实验条件,搭建了实验平台,对实际探测器进行了探测。结果表明:含硼塑料闪烁体探测器的探测效率会随着入射中子能量的增加而降低,随着探测器直径或长度的增加,探测效率和能量沉积都会有相应的增大。处理模拟数据可以看出,在闪烁体侧面添加慢化体,既能提高中子的慢化程度,又能通过散射增加进入闪烁体中的中子数目,是一种较优的探测器设计方案。在实际实验中,测试了Am-Li源和Cf252中子源,获得了相关的测试谱线。该结果为今后进一步研制针对低通量裂变中子的高灵敏度含硼塑料闪烁体探测器提供了帮助。
通过描述硼中子俘获治疗(BNCT)剂量测量方法的现状, 探讨其剂量测量中的关键问题和解决方案。方法 通过广泛调研BNCT的发展、基本原理、剂量组成以及当前硼中子俘获治疗过程中的剂量测量方法, 研究BNCT剂量测量中的关键问题。结果 剂量监测是保证BNCT治疗质量的关键环节。可采用累积或实时测量的方法分别测量出热中子、超热中子和γ的剂量。结论 用于硼中子俘获治疗的辐射场是n-γ的混合场, BNCT剂量测量的难点是混合辐射场中热中子、超热中子和γ剂量的甄别技术。
光纤闪烁探测器是用光纤作为光导连接探头和光电倍增管，将闪烁体产生的光信号传输到光电倍增管。光纤探测器的关键是探头部分的研制。

名古屋大学的核能学院的做法是将ZnS(Ag)粉末、中子转换体和粘贴胶按重量比1: 1: 2混合粘到光纤的一端作为闪烁探头，厚度是0. 3 mm，光纤的另一端连着小型光电倍增管。测量热中子通量时，用6LiF粉末做中子转换体。利用核反应6Li(n，t) 4He，将中子转换成一个α粒子和氚核。当α粒子或氚核撞击到ZnS(Ag)上，使其闪烁发光。闪烁光通过光纤传输到电子仪器部分，然后被放大记录。而在快中子能量范围内，中子转换体是使用232Th粉末。若闪烁体中不掺杂中子转换体，则可以用来测量γ射线[8-9]。

日本国家计量院为了增强中子-γ的甄别能力，研制的小型探测器的探头部分由ZnS(Ag)薄膜和中子转换体6LiF薄片组成。具体方法是将25 μm厚的ZnS喷到12 μm厚的醋酸纤维素上，然后将5μm的6LiF真空蒸发到醋酸纤维素的另一侧。由于α粒子的射程要小于氚核，所以α粒子最终醋酸纤维素阻止了，只有氚核能打到ZnS上。用此探测器测量的中子脉冲谱如图 5所示。低能区的计数是由γ射线贡献的。在中子能区的脉冲峰只是由氚引起的。据此可以在波谷设置阈值，甄别n-γ[10]。为了降低γ对中子计数的影响，在这之后提出用反符合技术消除γ的计数[11]。日本东京大学的方法同样是用光纤传输信号，而闪烁体用的是含硼和不含硼的塑料闪烁体[12]。含硼塑料闪烁体能同时探测到中子和γ，不含硼的塑料闪烁体只对γ有响应。用这两种塑料闪烁体组成的一对光纤闪烁探测器可以分别测量中子和γ的剂量。中子呈电中性,与原子核作用时几乎不受库仑力影响,具有极强的穿透能力。在实际应用中,中子用途广泛,如在中子测井、硼中子俘获治疗、核能利用等方面均具有十分重要的意义。中子的获取、对中子特性的研究以及中子的技术应用均离不开对中子通量和能量的探测,这使中子探测技术得到了广泛的关注与重视。中子场中通常也会伴随着伽马射线,而伽马射线对于中子的测量会产生干扰。因此,研发出能够在中子/伽马混合场中同时测量热、快中子通量,且能对中子能量具有一定分辨能力的探测器具有一定的实际应用价值。本文针对中子/伽马混合场研究设计了一款中子探测器,它可以在中子/伽马混合场中,对热中子和快中子的通量进行测量,并能在1-7MeV中子能量区间对中子能量进行一定的分辨。使用Geant4蒙特卡洛模拟软件对探测器的结构和材料进行了模拟优化与选取,并对加工制造成型后的探测器进行了实验测试,其主要内容如下:(1)针对0-0.1eV能量区间的热中子,1-14MeV能量区间的快中子,10MeV以内伽马场组成的中子/伽马混合场,设计了一种基于含有硼元素的塑料闪烁体和二氧化硅制切伦科夫辐射体的层叠型中子通量探测器,用于宽能区中子的通量测量。其中,硼元素对热中子敏感,掺杂在本身就能探测到快中子和伽马射线的塑料闪烁体里,能增加其对热中子能区的响应。切伦科夫辐射体依据其产生切伦科夫光的特点,可以用于探测中子/伽马混合场的伽马总信号。将含硼塑料闪烁体记录到的中子和伽马的信号以阈值大小分区间,与切伦科夫探测器对应的阈值区间按一定比值作差,就可以得到中子的通量和能量信息。(2)使用Geant4蒙特卡洛模拟软件对探测器的结构设计和热中子敏感材料的选取进行了模拟优化,比较了B和Li F两种热中子敏感材料的模拟结果,最终选择B作为添加材料。其后对探测器的结构进行了优化,选择塑料闪烁体厚度最优为3cm,切伦科夫辐射体厚度最优为2cm。通过模拟探测器对1-14MeV各单能中子的响应,分析了探测器对中子通量测量的相对误差。其中7MeV能量以上中子通量测量的相对误差均超过10%。为避免较大误差,将探测器适用的中子能量区间设置为1-7MeV和0-0.1eV。再通过模拟获得了含硼塑闪对不同中子能量响应的光阈值区间,以及切伦科夫探测器上应该扣除伽马射线本底计数的光阈值区间。接着通过光电倍增管和前置放大器等器件的增益参数,将光阈值区间换算为探测器输出的电压信号区间。用含硼塑料闪烁体的不同信号区间计数与对应的切伦科夫探测器信号区间计数按比例作差,从而实现对不同能量中子的通量进行探测。(3)依据模拟的得到的最优化结构对探测器进行加工制造,完成探测器原型机的制作。通过实验与模拟研究了所设计的探测器对带屏蔽Am Be源装置的响应,比较两者的结果。结果表明,探测器得到的数据与模拟计算的数据结果基本吻合,验证了其可用于中子通量测量,并具有一定的能量分辨能力。
宇宙射线缪子是一种天然射线,具有能域宽、穿透力强等特点。基于射线穿过物质的强度衰减变化,能够实现大型目标物内部结构成像;基于射线穿过物质的散射特性差异,可以甄别不同原子序数材料。近年来,射线探测与计算机技术迅猛发展,宇宙射线缪子成像技术的相关研究取得重要进展。国内外科研人员针对火山内部结构成像、科技考古、矿藏勘探、工业生产和海关检测等领域开展了深入研究。国内缪子探测器系统研发过程中,存在关键元器件采购困难、技术方案国外垄断等问题;针对上述问题,本文旨在自主研制一种基于塑料闪烁体的新型宇宙射线缪子成像系统,针对探测单元处理工艺、系统结构设计、采集系统研发以及成像系统联调、性能测试与现场实验等方面开展研究,本文的主要研究内容和结论如下:1.基本探测单元三棱柱塑料闪烁体的加工工艺和性能研究。对包括闪烁体的表面粗糙度、反射层材料和光电转换单元等影响因素进行了系列测试,明确抛光粗糙度参数、ESR(Enhanced Specular Reflector)反射层材料和Si PM(Silicon Photomultipliers)单端读出等研发方案。通过两个探测单元的符合测试,分析了测量能谱特征以及相关性,验证设计方案进行缪子位置重构的可行性。2.单层探测器及配套采集系统研制与性能关键参数测试。完成基于塑料闪烁体基本探测单元的单层探测器组装,实现与定制化电子学采集系统的联合调试;测试结果显示:探测器单层探测效率约98%、位置分辨率为约2.5 mm。设计旋转探测器至不同天顶角测量方案,测量对应缪子方位计数分布,验证探测器在不同旋转角度测量数据的一致性。3.缪子成像探测系统性能数值模拟研究。在Geant4的框架中,分别实施了4层和8层探测系统的模拟,研究了影响探测器性能的因素。基于缪子在闪烁体内沉积能量、光电子数等不同变量,计算缪子入射的不同位置点,并与真实位置点对比,验证了拟合位置与计算位置的残差分布可以表征位置分辨率。同时还模拟了不同旋转角度的探测器,得到了与实验相似的缪子方位计数分布,在模拟中验证了探测器在不同旋转角度测量数据的一致性。4.基于角度散射原理的缪子成像系统LUMIS(Lanzhou University Muon Imaging System)样机研制。系统样机能够实现不同材料的区分和高Z材料快速报警功能,验证了该样机的技术路线在海关检测场景应用的可行性。系统采用8层探测器面板设计,基于多层面板符合的方式筛选缪子事件。开发了成像系统数据采集软件,实现控制数据采集系统的同时,还具备实时能谱显示、缪子径迹显示、目标物在线成像和高Z材料报警等功能。系统性能指标:层间距为40.5 cm时,LUMIS角度分辨率为约8.73 mrad。基于Po CA(Point of Closest Approach)算法实现了对不同铅砖组合的成像,成像结果与铅砖轮廓基本吻合。考虑到海关快速检测的需求,基于散射密度评估(Scattering Density Estimation,SDE)的方法,形成了一种针对高Z材料的快速报警算法,测量时间2 min时判断准确率超过80%。5.基于强度衰减原理的缪子成像系统CORMIS(COsmic Ray Muon Imaging System)样机研发。CORMIS系统包含4层探测器面板,具备抗震、防尘、防水和角度调整等功能,保证了探测器系统在户外的稳定运行。开发了远程监测和控制平台,实现了系统的远程实时控制及数据同步。系统在西安城墙马面进行了成像探测,实验结果表明,58号马面内部存在两个低密度区,与实际情况基本相符,完成了国内缪子成像技术首次考古领域的场景应用。形成的缪子成像技术方案在西安城墙的成功应用为我国在大型遗迹无损探测方面提供了新的选择。
含硼塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固溶体。它可用于α 、β 、γ、快中子、热中子 慢中子 质子、宇宙暗物质射线等探测。具有透明度高、传输性能好，不潮解、性能稳定、耐辐照、闪烁衰减时间短等优点，
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技术指标：

发光效率：65-70%

光衰减长度：2.6 ns

上升时间：0.5 ns

最强发射波长：420nm-425nm
根据不同用途分为块材/板材、棒材/异形材（300 φ500、φ1000 2000 5000），可根据用户要求加工生产，定制各种不规则异型产品形状.满足特种工程探测应用。