CR39 固态核径迹探测器快中子灵敏度曲线的理论解释

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1、第34卷增刊原子能科学技术Vol.34,Suppl.2000年9月AtomicEnergyScienceandTechnologySep.2000CR39固态核径迹探测器快中子灵敏度曲线的理论解释南亲良,罗平安,王尔为(防化研究院,北京　102205)摘要:描述了快中子与CR39固态核径迹探测器的作用形式,对单能快中子照射CR39所产生的质子径迹密度随蚀去厚度的变化规律以及4种不同能量中子所产生的径迹密度叠加效应进行了理论解释,并进一步解释了Am2Be中子源连续谱的径迹密度与蚀去厚度的关系,即快中子灵敏度曲线。关键词:CR39;固态核径迹探测器;快中子灵敏度+中图分类号:TL815

2、17文献标识码:A文章编号:100026931(2000)S020190203[1]1　快中子灵敏度曲线图1为用Am2Be中子源垂直照射CR39固体径迹探测器获得的CR39快中子灵敏度曲线。曲线显示:在蚀刻的前10h,快中子径迹密度i与蚀刻时间呈现线性增长关系;10h后,径迹密度增长变慢并趋向饱和。以下将对这一曲线予以理论解释。2　灵敏度曲线的理论解释211　快中子与CR39探测器的作用形式在中子能量011～16MeV范围内,中子与CR39中氢核发生弹性散射为主要作用形式。能量为En的中子与氢核的宏观散射截面λ为:图1CR39表面径迹密度与蚀刻时间的关系λ=0.6022ρQσAH(

3、1)Fig.1Relationshipbetweensurfacetrack3式中:ρ为CR39的密度,1131g/cm;Q为CR39densityandetchingtimeforCR39中氢核所占的质量百分比,18/274;AH为氢核的相对原子质量;σ为氢核的微观散射截面,单位为收稿日期:2000201210;修回日期:2000204202作者简介:南亲良(1966—),男,江苏盐城人,助理研究员,硕士,核监测专业增刊　　南亲良等:CR39固态核径迹探测器快中子灵敏度曲线的理论解释191-282靶恩(1靶恩=10m),σ(mb)由下式给出:σ=4918.2/E-600.16(2

4、)　　这样,能量为E的中子与CR39发生弹性散射的概率P为:-λdP=1-e≈λd(3)式中:d为中子穿过CR39片的距离,即蚀去厚度。中子打出的质子能量Ep为:2Ep=Ecosθ(4)式中:θ为入射中子与反冲质子的夹角。质子在CR39中的射程为:3/2Lp=20.4Ep(5)212　单能中子灵敏度曲线以215MeV中子为例,说明单能中子径迹密度随蚀去厚度的变化规律。中子按照式(1)与CR39中氢核碰撞,产生质子,质子的出射角为0°～90°。为了便于说明问题,本文以出射角90°为例,其他角度类推。在蚀刻过程中,径迹密度按式(3)随蚀去厚度d增长,但并非无限增长。当d≥Lp时,径迹密

5、度达到动态平衡而饱和(图2)。λdΦAd

6、的即径迹密度与蚀去厚度的关系1010∫iEdE∫λEHΦEAdEFig.2Relationshipbetweentrackdensityandetched2.52.5i=10=10(7)thicknessforCR39irradiatedby2.5MeVneutron∫LpEdE∫LpEdE2.52.5式中:iE为能量E的中子径迹密度;LpE为由能量E的中子生成的质子在CR39中的射程;ΦE为能量E的中子单位面积照射量;λE为能量E的中子与氢核宏观散射截面。连续谱灵敏度曲线示于图4。由于蚀去厚度与蚀刻时间呈线性关系,所以,在图2、3中,可用蚀刻时间代替蚀去厚度。192原子能科学技术

7、　　第34卷图34种能量中子混合辐照CR39时图4Am2Be中子源辐照CR39时的径迹密度与蚀去厚度的关系径迹密度与蚀去厚度的关系Fig.3RelationshipbetweentrackdensityFig.4RelationshipbetweentrackdensityandetchedthicknessforCR39irradiatedandetchedthicknessforCR39irradiatedbymixedenergyneutronbyAm2Bene