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混合辐射场探测器研制与实验测试

作　者: 朱立
导　师: 魏志勇
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 人机与环境工程
关键词: 涂硼正比计数管涂硼电离室辐射场灵敏度坪特性
分类号: V520.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在空间探测活动中，空间辐射环境是影响航天器可靠性、危及航天员健康的重要因素之一。空间辐射环境的探测与研究是空间科学技术研究的重要内容，并为载人航天事业的发展提供安全保障。空间中子辐射是空间环境的重要组成部分，本文针对中子的探测展开研究并研制了相关探测器。本工作首先研发了一种同位素浓缩10B中子灵敏层的制作技术，经过多次试验检测获得最佳的硼膜制作工艺，在辐射场中的探测器测试中验证了该技术的可靠性。其次针对中子的混合辐射场研制了一套宽量程、高灵敏度的组合探测器，包括涂硼正比计数管和n/γ组合涂硼电离室。嵌套式的内部结构便于探测器的拆装与改进。通过在探测器内部设计漏电流旁路电极和噪声屏蔽措施，大大降低了漏电流(＜0.1pA)和信号噪声，提高了抗干扰能力。通过在探测器内部放置涂硼环氧薄片增加了涂硼面积，进一步提高了探测器的中子探测效率和灵敏度。最后结合Bonner球测量技术，扩大了中子能区的测量范围。探测器在中子和γ辐射场中完成了调试，经测试获得了良好的响应特性、坪特性及灵敏度等重要性能指标。其中由中子室和γ补偿室组成的涂硼电离室，分别在241Am-Be源和137Cs源的辐射场中测试得到其坪长为600V，坪斜<4%/100V。中子灵敏度达9.2×10-16A/(cm-2s-1)，γ灵敏度达7.36×10-16A/(MeV·cm-2·s-1)，且γ补偿修正系数<5%，具有良好的γ补偿效果。涂硼正比计数管，在标准100mCi的241Am-Be中子源辐射场中测得中子能谱，获得了其坪长约为150V，坪斜为8.2%/100V，在工作电压为800V时对应的中子计数率为50cps，灵敏度为1cps/nv。本工作研制的组合探测器造价低，性能稳定，各项性能指标接近国内外涂硼探测器先进水平。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-20
  1.1 引言  14-17
    1.1.1 课题研究背景和目的  14-15
    1.1.2 课题研究的重要性  15-17
  1.2 国内外研究现状  17-19
  1.3 论文的主要工作和内容安排  19-20
    1.3.1 论文的主要工作  19
    1.3.2 论文的内容安排  19-20
第二章中子探测技术的原理与方法  20-28
  2.1 中子与物质的相互作用  20-21
    2.1.1 弹性散射和非弹性散射  20-21
    2.1.2 辐射俘获  21
  2.2 中子探测的基本原理  21-24
    2.2.1 核反应法  21-22
    2.2.2 核反冲法  22-23
    2.2.3 核裂变法  23
    2.2.4 核活化法  23-24
  2.3 中子探测器  24-27
    2.3.1 中子探测器分类  24
    2.3.2 气体探测器  24-26
    2.3.3 中子探测器的主要特性  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章中子探测系统的总体设计  28-43
  3.1 中子探测系统总体方案  28-32
    3.1.1 涂硼电离室工作原理  28-30
    3.1.2 涂硼正比计数管工作原理  30-32
  3.2 中子灵敏层的设计  32-37
    3.2.1 硼层厚度的计算  32-34
    3.2.2 硼层的制作  34-37
  3.3 工作气体  37-38
    3.3.1 工作气体的选择  37
    3.3.2 工作气体压强选择  37-38
  3.4 电子学仪器  38-42
    3.4.1 前置放大器  39-41
    3.4.2 线性放大器  41
    3.4.3 多道脉冲幅度分析仪  41
    3.4.4 微弱电流放大器  41-42
    3.4.5 其他电子设备  42
  3.5 本章小结  42-43
第四章电离室的设计与实验测试  43-57
  4.1 涂硼电离室设计  43-47
    4.1.1 电离室结构设计  43-46
    4.1.2 充气系统  46-47
    4.1.3 电离室特性  47
  4.2 实验测试与结果处理  47-56
    4.2.0 漏电流测量  47-49
    4.2.1 中子场中电离室的性能测试  49-52
    4.2.3 多层球测量技术  52-54
    4.2.4 γ场中电离室的性能测试  54-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章正比计数管的设计与实验测试  57-68
  5.1 正比计数管设计  57-61
    5.1.1 正比计数管结构设计  57-58
    5.1.2 阳极丝选择  58-59
    5.1.3 工作电压  59-60
    5.1.4 正比计数管特性  60-61
  5.2 正比计数管实验测试  61-66
    5.2.1 输出脉冲  61-64
    5.2.2 坪曲线测量  64-66
    5.2.3 中子脉冲幅度谱  66
  5.3 本章小结  66-68
第六章结论与展望  68-71
  6.1 工作总结  68-70
  6.2 后续工作与展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

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