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涂硼MRPC热中子探测器的研制

作　者: 曾捷
导　师: 贾文宝
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 核技术应用
关键词: 涂硼MRPC热中子探测器蒙特卡罗方法探测效率时间分辨
分类号: TL816.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 11次
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内容摘要

核能的发展、中子技术的广泛应用以及新一代中子源的发展，极大地促进了中子探测器的应用和中子探测技术的发展。同时，由于3He的短缺，使得新型的热中子探测器的研发已成为一个热点。MRPC（Multi-gap Resistive Plate Chamber，多气隙电阻板室，简称MRPC）是上世纪九十年代从RPC（Resistive Plate Chamber，电阻板室，简称RPC）发展起来的一种新型气体探测器，具有时间分辨好、探测效率高、抗辐照性好、可以加工成各种形状、性能稳定等优点。基于这些优点，我们设想在MRPC的内层玻璃涂上一层热中子转换体以研制新型的热中子探测器-涂硼MRPC热中子探测器。本文根据涂硼MRPC热中子探测器的结构建立了相应的模拟模型，分别使用Maxwell、Geant4程序模拟了探测器气隙的电场、探测器在不同中子转换层厚度下热中子的转换效率、不同能量中子的转换效率及探测器对γ射线的响应，同时还通过理论计算了不同中子转换体厚度的热中子转换效率，得到了中子转换体的最佳厚度且模拟结果和理论计算值吻合较好。利用Garfield程序模拟计算了涂硼MRPC热中子探测器的本征探测效率和本征时间分辨随工作电场、工作气体不同混合比例的变化规律，得到了最佳的电场强度和混合工作气体比例。根据模拟结果设计和研制了涂硼MRPC热中子探测器，并对涂硼MRPC热中子探测器性能进行了初步测试(对探测器的中子信号进行了研究)。在获得了涂硼MRPC热中子探测器的部分性能的基础上，通过蒙特卡罗方法模拟研究涂硼MRPC热中子探测器能否应用于中子补偿测井，结果表明其可以在正常条件和欠平衡条件下应用于中子补偿测井。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外热中子探测器的研究情况  11-12
  1.3 本文研究内容  12-14
第二章中子探测的基本理论  14-20
  2.1 基本理论  14-18
    2.1.1 中子源  14-15
    2.1.2 中子探测的原理和方法  15-16
    2.1.3 常用的热中子探测器  16-18
  2.2 涂硼 MRPC 热中子探测器探测中子的原理  18-20
    2.2.1 热中子转换体的选择  18-19
    2.2.2 涂硼 MRPC 热中子探测器的基本结构  19-20
    2.2.3 涂硼 MRPC 热中子探测器的工作原理  20
第三章涂硼 MRPC 热中子探测器性能的模拟  20-43
  3.1 涂硼 MRPC 热中子探测器的 Maxwell 模拟  20-22
    3.1.1 Maxwell 简单介绍  20-21
    3.1.2 探测器气隙的电场的 Maxwell 模拟结果  21-22
  3.2 涂硼 MRPC 热中子探测器的 Geant4 模拟  22-29
    3.2.1 Geant4 程序简介  22-23
    3.2.2 模拟的几何模型  23
    3.2.3 模拟的物理机制  23
    3.2.4 Geant4 模拟的结果及讨论  23-25
    3.2.5 中子转换效率的理论验证  25-29
    3.2.6 结论  29
  3.3 涂硼 MRPC 热中子探测器的 Garfield 模拟  29-41
    3.3.1 Garfield 介绍  30-31
    3.3.2 涂硼 MRPC 热中子探测器电离参数的模拟  31-33
    3.3.3 模拟过程  33-35
    3.3.4 电离常用参数的模拟  35-40
    3.3.5 涂硼 MRPC 热中子探测器性能参数的模拟  40-41
    3.3.6 Garfield 程序模拟的结论  41
  3.4 本章小结  41-43
第四章涂硼 MRPC 热中子探测器的制作  43-46
  4.1 材料准备  43-44
  4.2 探测器的装配  44-46
第五章涂硼 MRPC 热中子探测器性能的初步测试  46-54
  5.1 探测器性能的测试系统  46
  5.2 实验仪器的介绍  46-50
    5.2.1 配气系统的建立  46-48
    5.2.2 探测器测试盒  48
    5.2.3 中子源  48-49
    5.2.4 高压电源  49-50
  5.3 实验的影响因素  50-52
    5.3.1 涂硼 MRPC 热中子探测器气体室的均匀性  50-51
    5.3.2 鱼丝线的油渍和镀膜的厚度  51
    5.3.3 混合气体的不同比例  51-52
    5.3.4 温度和电压  52
  5.4 涂硼 MRPC 热中子探测器性能的测量  52-53
    5.4.1 涂硼 MRPC 热中子探测器的输出信号  52-53
  5.5 本章小结  53-54
第六章涂硼 MRPC 热中子探测器用于补偿中子测井的蒙卡研究  54-58
  6.1 引言  54
  6.2 常规条件及欠平衡条件下的补偿中子测井  54-55
    6.2.1 补偿中子测井原理  54
    6.2.2 常规条件及欠平衡条件下补偿中子测井  54-55
  6.3 Geant4 计算模型  55
  6.4 常规条件和欠平衡条件下的模拟结果  55-57
    6.4.1 常规条件下的补偿中子测井模拟  55-56
    6.4.2 欠平衡条件下的补偿中子测井模拟  56-57
  6.5 本章小结  57-58
第七章总结与展望  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
硕士在学期间发表的学术论文  64

涂硼MRPC热中子探测器的研制

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