涂硼正比计数管中热中子响应函数理论计算及模拟验证

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1、第44卷第1期2012年2月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics8LAstronauticsV01．44No．1Feb．2012涂硼正比计数管中热中子响应函数理论计算及模拟验证方美华1魏志勇2张紫霞1陈国云1黄三玻2雷升杰2(1．南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京，210016；2．南京航空航天大学航天学院，南京，210016)摘要：对涂硼正比计数管的热中子响应函数计算公式进行了理论推导。在圆柱形几何结构下，热中子在垂直柱面径向入射和任意角度入射两种情况时的响应函数得到了一种普

2、适性的响应函数表达式，并选取正比管典型尺寸(内径10mm，涂层厚度3pm)进行蒙特卡罗模拟，对理论推导公式进行模拟验证，理论计算结果与模拟结果基本一致。研究表明，在垂直柱面任意角度入射的情况下，热中子的响应率随入射方向与圆柱中心距离Y的增加呈规律性分布，即先增加后迅速降低，有一个峰值。在本文尺寸下，正向峰值在9900～1000“m之间，而反向峰值在9700～9800胛之间，反向较正向数值上偏小。此外，对理论计算值与模拟值、理论值与实验值的偏差进行了分析，并给出了解释．关键词：涂硼正比管；蒙特卡罗模拟；响应函数；热中子；响应率中图分类号：TL81

3、1．2文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)01—0081—06TheoreticalCalculationandSimulationofThermalNeutronResponseFunctionforBoron-LinedProportionalCounterFangMeihual，Weiz^咖92，ZhangZixial，ChenGuoyunl，HuangSanb02，LeiShengjie2(1．CollegeofMaterialScienceandTechnology，NanjingUniversityofAerona

4、utics&Astronautics，Naniing，210016，China2．CollegeofAeronautics，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Naniing，210016，China)Abstract：Thethermalneutronresponsefunctionsforboron—linedproportionalcountersarederivedtheo—reticallyandsimulationofresponsivityisconductedwithMonte

5、—Carlo—basedtoolkit—Geant4．Theresultsoftheoretiealcalculationarecoincidentwiththesimulationalones．Inthepresentstudy。itiSfoundthatresponsivityvariesalongwiththeincreaseofthedistancebetweenincidentdirectionandcounter’scen-trallineandthereisaresponsivitypeakinthecaseofverticali

6、njection．ThedeductiveexpressionisasimplerandeffectivemethodcomparedwithMonte—Carlosimulationandtheresultsarereliable．Thisishelpfulforproportionalcounterdesign．Keywords：boron—linedproportionalcounter；Monte—Carlosimulation；responsefunction；thermalneu—tron；responsivity涂硼正比计数管是常

7、用于热中子探测的气体探测器，与同类型的探测器3He正比计数管和BF。正比计数管相比，虽然前者在探测效率上不如后两者[1。2】，但涂硼正比管具有如下独特的优点：(1)能在高gamma背景辐射的环境中使用；(2)可在较高温度下工作；(3)电极两端所加电压低；(4)寿命长。涂硼正比计数管探测原理基础为核反应法，中子与正比管内表面涂层材料中的10B发生核反应，产生带电粒子a和Li离子，通过这两种带电粒子产生的电信号进行中子探测。中子与10B发生反应的概率称为反应截面，不同能量中子与10B发生(挖，a)反应截面如图1所示。从图中可以看出，中子与10B的反

8、应截面在很宽的能量范围内与1／v(v为中子速度)呈正比，热中子与10B的反应截面为收稿日期：2010—12—16；修订日期：2011—09—21通讯作