试验8用BF3正比计数管探测慢中子

1、实验8用BF3正比计数管探测慢中子实验目的1. 了解BF3正比管探测慢中子的基本原理。2. 学会选取BF3正比管最佳工作点的方法。 实验内容1. 用示波器观察BF3正比管的输出脉冲波形。2. 测量BF3正比管的坪曲线，并确定管子的工作电压。3. 测量BF3正比管的偏压曲线，并确定其偏压。4. 用多道分析器测BF3正比管探测中子时的脉冲幅度谱。 原理BF3气体探测BF3正比管内充的是三氟化硼气体，它是用核反应方法探测中子的。用 慢中子所依据的核反应方程式如下：(1)7山0n +50B 才3l7 Li+2.792MeV+ 口2 +2.310MeV'+Y +0.478MeVa粒子和Li核a粒

2、子和7Li反冲核间接地探测中反应后的反应能变成了710B（n, a7Li反应是放热反应，忽略入射中子的能量， 的动能，BF3正比管就是通过探测10B（n, a7Li反应生成的 子的。10B（n,Li反应对热中子的反应截面比较大（3840 ±1巴），而且中子能量小于 30keV时，它的反应截面符合“速度反比律”。如图1所示。EJ* Li -6 fn, a)“也（叭屛a貯I 18i：汕 A炉"閃矿'E胪刚 昭 怕护f丽*两St 轧 pV.图I 唱5虫川/反应的觀5£甘疑丫干扰能力比BF3计数管，它的特点是BF3正BF3正比管是坪宽较长的慢中子探测器，它的特点是

3、探测灵敏度高，抗 较强。由于快中子可以被含氢物质（例如石蜡等）慢化，所以带有慢化装置的 也能用来探测快中子。根据这个原理制成的一种快中子探测器叫“长中子管” 在很宽的中子能量范围里对快中子响应有几乎不变的灵敏度，工作稳定可靠。目前, 比管在慢中子探测和快中子通量测量与监测等方面仍有广泛的应用。1 . BF3正比管的探测效率BF3正比管记录 a粒子和7Li核的效率可以认为是 100%。中子探测效率主要决定于 10B（n, a7Li反应发生的几率。BF3正比管探测中子的效率定义为：和10B发生反应的中子数与入射到管子灵敏体积内的中子数之比。假定在计数管灵敏体积内种子通量是均匀的， 计数管的有效体积

4、是 V =时21，r和I分别是管子的半径和有效长度。根据定义，垂直入射 到剖面面积为S（S=2rl）的计数管上的中子的探测效率为:Vnb兀r2l© nb兀 r名=- = =n cS*2rl *2式中n是单位体积中10B的原子数，b是10B反应截面。这里的n可以由管内所充气体压力 并根据20C个大气压下一克分子BF3气体（分子数为 6.022 XI023个）占有22400cm3体积计算得到，这时对热中子的探测效率可以写为：_42=2.13x10 apr式中，a是10B的同位素丰度，P是BF3气体压力（以 mmHg为单位）。 2. BF3正比管探测中子的脉冲幅度谱 BF3正比管探测中子时

5、测得的脉冲幅度谱是BF3正比管的脉冲幅度谱中反应产物全能 峰的分辨率是判断管子质量的重要指标， 通常以谱中相应于能量为 2.31MeV峰的 半宽度来表示。（理想的BF3正比管输出的 脉冲幅度谱形如图2所示）。如果不考虑电子学仪器等外部因素、 制造工艺及气体纯度方面的问题，影响 BF3正比管脉冲幅度谱形状的主要因素是 管子的“壁效应”（如图3所示）。比较图2和图3,我们发现，图 中2.31MeV的反应产物全能峰左边有两 个连续的“台阶”，台阶的起点分别为 0.84MeV和1.47MeV。这两个台阶就 是由管子的“壁效应”引起的。当入 射中子能量很低时，按反应动力学的 原理，反应生成的a粒子和7L

6、i核应在II»(1a粒子和7Li核的能谱，而不是中子能谱。Y射线等低幅度 事件图2戟想的卜；止锻付爾出的31冲幅屢讲一直线上并反向运动，但在离管壁很 近的地方产生的 a粒子（1.47MeV ） 和7Li核（0.84MeV）没有把全部能量 都耗尽在BF3气体里，而是把它们当輻废撐中出臥蒲牛辻续的"合阶”中的一个粒子的部分以至全部能量交 给了管壁，这就是所谓的 BF3正比管 的“壁效应”。加大管子的直径，改进 管子的机械结构，可以减小“壁效应” 的影响但理论和实践都证明， BF3正比 管的“壁效应”是不能完全消除的。3. BF3正比管坪曲线和偏压曲线测量BF3正比管坪曲线和偏压

7、曲线是为了确定管子的工作点。BF3正比管坪曲线的形状和测量方法和G-M计数管相类似，只是BF3计数管的坪曲线随甄别阈的选取有较大变化。在我们适当选取甄别阈以后，由于丫脉冲、电子学仪器的噪声等小幅度事件的脉冲幅度低于选定的阈值，当高压在一定范围里变化时，测量系统测得的计数率基本不变，高压的这个变化范围就是BF3正比管的坪区。BF3正比管的坪长和坪斜是管子性能的重要指标，经屏蔽并选取合适的甄别阈后，BF3正比管的坪斜小于1%，坪长可达500伏以上坪斜定义为（% /百伏）100式中V1,V2是管子坪区的起点和终点(单位是伏)，n1n2是它们相应的计数率，而N_2 nin=(n1+ n2)/2,如果在

8、整个坪区测几个实验点，则n=，这里N是所取实验点的个数。N通常管子的工作点选在坪区的中点。固定高压后不断改变单道阈值时测得的积分曲线，习惯上叫做该BF3正比管的偏压曲线。BF3正比管的偏压曲线也有平坦的部分，平坦部分越宽管子的性能越好，平坦部分的中 点就是我们要选取的阈值。BF3正比管的偏压曲线和坪曲线的形状还与测量系统有关。图4 -只国产亠比型EF.iE比曾的坪曲議如上所述，。BF3正比管的偏压和工作高压都有相当大的可变范围，单道阈值和高压在一定范围里的漂移对计数率影响不大，所以BF3正比管用于中子通量监测是比较可靠的。4 .甄别丫射线的能力丫射线几乎都是伴随中子存在的，抗丫干扰问题是中子探

9、测器难点之一。BF3正比计数管抗丫干扰能力是比较强的。丫射线在管壁上打出的快电子只把很小一部分能量消耗在管内，形成的脉冲幅度小，用简单的幅度甄别就能把 丫脉冲去掉。国产SZJ-2型正比管耐丫强度的出厂指标是1X 104维伦/秒。在更强的丫场下，丫脉冲的堆积和丫射线辐照使BF3气体 分子链断裂，丫脉冲幅度大大增加，中子脉冲幅度大大降低，n-Y就无法分辨了。实验装置中子源*前放i高压电源定标器石蜡慢化装置实验仪器高压电源BF3计数管前置放大器线性放大器 单道分析器 定标器多道分析器脉冲示波器FH1016A 3kVSZJ-2FH1048AFH1002AFH1008AFH1011AFH419G1SBM-101台1只台台台台台台套个石蜡慢化装置及中子源吊装装置中子源Am-Be源105-106中子/4ns实验步骤用示波器观察BF3正比管的输出脉冲波形，注意脉冲幅度随高压的变化并和无源时比较。 测不同甄别阈下的坪曲线，选取管子的工作高压，画出坪曲线，计算坪长和坪斜，说明 确定高压的方法。测管子的偏压曲线，选定管子的偏压，画出偏压曲线，说明确定偏压的方法。 用多道分析器测 BF3正比管输出的脉冲幅度谱，描出谱形并计