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第1章 中子 1

1.1中子的特性 1

1.1.1中子质量 1

1.1.2中子电荷 2

1.1.3中子的衰变与半衰期 2

1.1.4中子的自旋 3

1.1.5中子的磁矩 4

1.2中子源 5

1.2.1中子按能量的分组 5

1.2.1.1慢中子 5

1.2.1.2中能中子 6

1.2.1.3快中子 7

1.2.1.4极快中子 7

1.2.1.5相对论中子 7

1.2.2放射性核素中子源 7

1.2.2.1 （α，n）反应型中子源 11

1.2.2.2 （γ，n）反应型中子源 18

1.2.2.3自发裂变型中子源 21

1.2.3加速器中子源 23

1.2.3.1用于产生中子的加速器 23

1.2.3.2 （p， n）反应 24

1.2.3.3 （d， n）反应 27

1.2.3.4（γ，n）反应 30

1.2.3.5中子管 30

1.2.4反应堆中子源 32

1.2.4.1直接裂变中子谱 32

1.2.4.2堆内慢化中子谱 33

1.2.4.3脉冲反应堆 34

1.3中子与核的相互作用 35

1.3.1复合核、中子与核作用的分类 35

1.3.1.1复合核 35

1.3.1.2中子与核作用的分类 36

1.3.2中子截面 36

1.3.2.1截面 36

1.3.2.2全截面 36

1.3.2.3分截面 37

1.3.2.4微分截面 37

1.3.2.5角截面 37

1.3.2.6能谱截面 37

1.3.2.7能谱角截面 38

1.3.3弹性散射 38

1.3.3.1弹性散射截面 38

1.3.3.2弹性散射中的能量关系 41

1.3.4非弹性散射 42

1.3.5核反应 43

1.3.5.1核反应机制 43

1.3.5.2发射带电粒子的（n， p）与（n， α）反应 45

1.3.5.3辐射俘获反应（n，γ） 47

1.3.5.4生成两个以上核的反应（n，2n）、（n，np）、（n，3n） 50

1.3.5.5核对中子的共振吸收 51

1.3.6核裂变 51

1.3.6.1裂变碎片 52

1.3.6.2瞬发中子与γ量子 53

1.3.6.3缓发中子 54

1.3.7中子与电子的磁相互作用 56

1.3.8各截面间的相互关系 57

1.4中子与物质的相互作用 57

1.4.1中子慢化 58

1.4.1.1中子与核碰撞能量、角度关联 58

1.4.1.2中子碰撞后能量分布 58

1.4.1.3平均碰撞次数 60

1.4.1.4平均对数能降 60

1.4.1.5热化与扩散 61

1.4.2热中子、超热中子与冷中子 61

1.4.2.1中子的最概然速度vkj与最概然能量Ek 62

1.4.2.2中子的平均速度v - 62

1.4.2.3中子的平均能量E 63

1.4.3中子扩散与特征参数 63

1.4.3.1自由程 63

1.4.3.2穿行距离 64

1.4.3.3迁移长度λt 64

1.4.3.4减速长度Ls 64

1.4.3.5扩散长度L 65

1.4.3.6徙动长度M 66

参考文献 66

第2章 中子探测与中子探测器 68

2.1中子探测原理 68

2.1.1核反应法 68

2.1.2核反冲法 69

2.1.2.1微分测量方法 71

2.1.2.2积分测量方法 73

2.1.3核裂变法 75

2.1.4核激活法 76

2.2中子探测器特性 78

2.2.1中子探测器的主要技术特性 78

2.2.1.1探测器效率 78

2.2.1.2时间分辨 79

2.2.1.3 n-γ 甄别 79

2.2.1.4脉冲幅度分辨与能量分辨 79

2.2.1.5灵敏度 80

2.2.2中子探测器的分类 80

2.2.3中子探测器的设计 80

2.3核反应型中子探测器 81

2.3.1用于中子探测的核反应 81

2.3.1.1选择核反应的因素 81

2.3.1.2几种常用的核反应 82

2.3.2基于10B反应的探测器 82

2.3.2.1硼电离室（衬硼电离室、BF3电离室） 82

2.3.2.2BF3正比计数管 85

2.3.2.3衬硼正比计数管 91

2.3.2.4载10 B-ZnS （Ag）慢中子屏与中子杯 95

2.3.2.5载硼核乳胶 96

2.3.2.6 10B-Na1（Tl）中子探测器 97

2.3.3基于锂反应的探测器 98

2.3.3.1碘化锂（铕）闪烁体 98

2.3.3.2锂玻璃（铈）闪烁体 102

2.3.3.3载6Li-ZnS （Ag）中子闪烁探测器 117

2.3.4基于氦反应的探测器 119

2.3.4.13He正比计数管 119

2.3.4.2电晕管 123

2.3.5载11B-ZnS（Ag）核反应型快中子屏 125

2.4核反冲型中子探测器 126

2.4.1反冲质子正比计数器 126

2.4.2反冲质子电离室 127

2.4.3有机晶体闪烁体、液体闪烁体与反冲质子核乳胶 128

2.4.3.1蒽晶体 129

2.4.3.2茋晶体 130

2.4.3.3液体闪烁体 131

2.4.3.4反冲质子核乳胶 132

2.4.4塑料闪烁体 133

2.4.4.1塑料闪烁体组成 133

2.4.4.2发光机理 134

2.4.4.3光输出 136

2.4.4.4闪烁衰减时间 137

2.4.4.5光传输与闪烁衰减长度 138

2.4.4.6温度效应 143

2.4.4.7耐辐照性能 144

2.4.4.8掺杂塑料闪烁体 149

2.4.5有机玻璃-ZnS（Ag）反冲核型快中子屏 151

2.5核裂变型中子探测器 152

2.5.1中子诱发的裂变反应 152

2.5.2裂变室 153

2.5.2.1裂变室的工作原理 153

2.5.2.2裂变室的特性 154

2.6核激活型中子探测器 160

2.6.1中子激活指示器 160

2.6.1.1工作原理 160

2.6.1.2中子激活指示器材料的选择与制作 161

2.6.1.3中子激活指示器的特点 162

2.6.1.4部分中子激活指示器 162

2.6.1.5中子阈探测器 168

2.6.1.6中子激活箔 170

2.6.2自给能中子探测器 172

2.6.2.1工作原理 173

2.6.2.2自给能中子探测器的主要特性 174

2.6.2.3自给能中子探测器的分类 175

2.6.2.4自给能中子探测器的优缺点 177

2.6.2.5俄罗斯Д113—1M型自给能中子探测器 178

2.7中子探测器概要 180

参考文献 184

第3章 中子物理的实验技术 189

3.1探测器效率的测量 189

3.1.1单探头快中子谱仪的刻度 189

3.1.2玻璃闪烁体热中子探测器效率测定 191

3.1.2.1闪烁体的探测器效率 191

3.1.2.2探测原理 192

3.1.2.3实验装置 192

3.1.2.4测量方法 193

3.1.2.5 ST-602、NE-905型锂玻璃闪烁体探测器效率 193

3.1.3液体闪烁体快中子探测器效率刻度 194

3.1.3.1ST-451型液体闪烁体 194

3.1.3.2快中子源 195

3.1.3.3ST-451型液体闪烁体探测器效率的测定 195

3.1.3.4 NE-213型液体闪烁体快中子探测器效率测定 196

3.1.4塑料闪烁体快中子探测器效率测量 199

3.1.5壁效应与BF3正比计数管探测器效率 200

3.1.5.1壁效应 200

3.1.5.2与平面界面相交的粒子径迹 204

3.1.5.3与球面及圆柱面相交的粒子径迹 204

3.1.5.4 BF3正比计数管的脉冲幅度谱 205

3.1.5.5 BF3正比计数管的探测器效率 206

3.1.6镉、镉比与钆 207

3.1.7配慢化体的LiI（Eu）中子灵敏度响应 209

3.1.8球形3He正比计数管热中子探测器效率计算与测量 211

3.1.8.1中子探测器效率能量响应 212

3.1.8.2中子探测器效率几何响应 214

3.1.8.3热中子探测器效率 215

3.2中子截面测量 216

3.2.1全截面 216

3.2.1.1测量方法 216

3.2.1.2统计误差 216

3.2.2散射截面 217

3.2.2.1测量方法 217

3.2.2.2几何设置 218

3.2.2.3屏蔽 218

3.2.2.4结果修正 219

3.2.3去弹截面 219

3.2.3.1测量方法 219

3.2.3.2探测器 220

3.2.4核反应截面 221

3.2.4.1（n， p）反应全截面测量方法 221

3.2.4.2 （n，α）反应全截面测量方法 221

3.2.4.3 （n，2n）反应全截面的测量方法 221

3.2.5辐射俘获截面 221

3.2.6裂变截面 222

3.3中子激活 222

3.3.1薄样品 223

3.3.2厚样品 223

3.3.3扩散中子束 224

3.3.4放射性累积与饱和放射性 224

3.3.5衰变修正 225

3.4中子屏蔽 225

3.4.1中子屏蔽的类型 226

3.4.1.1影屏蔽 226

3.4.1.2全屏蔽 227

3.4.2典型设置 227

3.4.2.1中子进入探测器的可能途径 227

3.4.2.2源中子直接射入探测器的屏蔽 227

3.4.3屏蔽中子源或探测器的选择 229

3.4.4中子屏蔽的机理 229

3.4.5 Bethe互换性定理 230

3.4.6中子屏蔽的计算方法 230

3.4.7中子屏蔽材料 233

3.4.8中子屏蔽实例 235

3.5中子反射与中子极化 236

3.5.1中子反射 236

3.5.2透射中子的极化 237

3.5.3反射中子的极化 239

参考文献 240

第4章 中子探测的实验方法 242

4.1中子注量（率）测量方法 242

4.1.1标准截面法——反冲质子法 242

4.1.1.1含氢正比计数器 244

4.1.1.2计数器望远镜系统 246

4.1.1.3核乳胶 247

4.1.1.4有机闪烁计数器 248

4.1.1.5其他反冲质子探测器 249

4.1.2伴随粒子法 249

4.1.2.1伴随粒子法的特点 249

4.1.2.2 T（d，n）4 He反应 251

4.1.2.3实验装置及方法 255

4.1.3锰浴法 257

4.1.3.1原理 257

4.1.3.2实验装置 258

4.1.3.3锰浴系统γ射线计数的探测效率标定 259

4.1.3.4修正 259

4.1.3.5附注 261

4.1.3.6中国原子能科学研究院锰浴装置 262

4.1.4中子激活法 263

4.1.4.1基本原理 263

4.1.4.2中子激活指示器放射性活度与中子注量率的关联 263

4.1.4.3测量结果修正 265

4.1.4.4中子激活法测中子注量率工作公式 266

4.1.4.5激活法测量中子注量适用的中子能区 266

4.1.5相对测量法 267

4.1.5.1石墨柱法 267

4.1.5.2伯吉·韦斯考分布法 268

4.1.5.3标准中子源法 270

4.1.5.4标准探测器法——长中子计数器法 270

4.1.6中子发生器14MeV中子注量标准测量方法——“得克萨斯约定” 271

4.1.7反应堆热柱热中子注量测量方法——197Au中子激活指示器法 272

4.1.7.1 197Au中子激活指示器 272

4.1.7.2 197Au中子激活指示器实验方法 273

4.1.7.3激活指示器放射性活度测量方法Ⅰ——γ测量法 276

4.1.7.4激活指示器放射性活度测量方法Ⅱ——β-γ符合测量法 277

4.1.8脉冲中子注量测量方法 279

4.1.8.1脉冲中子注量测量银计数器 280

4.1.8.2工作原理 280

4.1.8.3刻度 281

4.1.9 1/v慢中子探测器 284

4.2中子能谱测量方法 285

4.2.1中子速度选择器 286

4.2.1.1机械选择器 286

4.2.1.2调制中子源速度选择器 287

4.2.1.3热中子能谱仪 287

4.2.2中子衍射测谱 288

4.2.2.1原理——布喇格公式 288

4.2.2.2中子衍射测谱方法 289

4.2.2.3中子衍射能谱仪的能量分辨率 290

4.2.2.4中子衍射谱仪实例 291

4.2.3氢反冲快中子测谱 292

4.2.3.1计数器望远镜 293

4.2.3.2薄辐射体望远镜 294

4.2.3.3平面膜半导体反冲质子快中子谱仪 297

4.2.3.4厚辐射体望远镜 299

4.2.3.5球形阴极含氢正比计数管 302

4.2.3.6茋晶体闪烁谱仪测快中子能谱 304

4.2.4核反应法中子测谱 310

4.2.4.1 3He快中子谱仪 311

4.2.4.2 6LiI（Eu）快中子闪烁谱仪 315

4.2.4.3 6Li夹层半导体快中子谱仪 319

4.2.5飞行时间法测量中子能谱 322

4.2.5.1工作原理 322

4.2.5.2飞行时间中子能谱测量方法 323

4.2.5.3快中子飞行时间谱仪的能量分辨率或分辨时间 329

4.2.5.4 1eV～10 keV能区中子飞行时间谱仪 330

4.2.5.5快中子飞行时间谱仪 330

4.2.5.6高气压氦闪烁探测器TOF测谱 330

4.2.6多探测器中子测谱——多球中子谱仪 332

4.2.6.1工作原理 332

4.2.6.2 NEMUS多球中子谱仪 334

4.2.6.3LUDLUM 42-5型多球中子谱仪 334

4.2.6.4 ROSPEC多探测器中子谱仪 335

4.2.6.5应用实例 335

4.2.7气泡探测器中子谱仪 336

4.3中子等探测器效率探测方法——长中子计数器 336

4.3.1 Hanson长中子计数器 337

4.3.1.1工作原理 338

4.3.1.2长中子计数器的参考点 339

4.3.1.3长中子计数器刻度 339

4.3.2 East长中子计数器 344

4.3.2.1结构 344

4.3.2.2特点 345

4.3.2.3探测器效率的能量响应 345

4.3.2.4参考点的确定 345

4.3.3 East板式长中子计数器 346

4.3.3.1结构 346

4.3.3.2探测器效率的能量响应 346

4.3.3.3参考点的确定 347

4.4 n-γ甄别探测方法 347

4.4.1 n-γ甄别探测的原则及方法 348

4.4.2 n-γ脉冲幅度甄别阈法 348

4.4.3 n-γ脉冲形状甄别 351

4.4.3.1饱和法 351

4.4.3.2比较法 354

4.4.3.3上升时间法 356

4.4.3.4过零时间法 358

4.4.3.5零交叉法 359

4.4.3.6脉冲形状甄别的品质因数M 363

4.4.4 γ补偿法 364

4.4.4.1 6Li 、7Li玻璃闪烁体对γ补偿法 364

4.4.4.2 6LiI（Eu）、7LiI（Eu）双闪烁体γ补偿法测中子谱 371

4.4.4.3补偿电离室法 372

4.4.4.46LiF 、7LiF γ补偿热释光中子剂量计 375

4.4.5薄膜与多丝闪烁体法n-γ甄别法 375

4.4.5.1薄膜闪烁体法n-γ甄别探测器 375

4.4.5.2多丝闪烁体法n-γ甄别 378

4.5中子等剂量当量探测方法——中子剂量当量仪 379

4.5.1中子注量——剂量当量转换 379

4.5.1.1当量剂量 379

4.5.1.2中子剂量的生物效应 380

4.5.1.3中子等剂量当量探测的相关术语 382

4.5.2吸收筛法 382

4.5.2.1原理 382

4.5.2.2吸收筛类中子剂量当量仪 383

4.5.3多探测器法 387

4.5.3.1原理 387

4.5.3.2多探测器类中子剂量当量率仪 388

4.5.4吸收棒法 388

4.5.4.1原理 388

4.5.4.2吸收棒类中子剂量当量率仪 389

4.5.5中子剂量当量率仪的基本特性 389

4.5.5.1能量响应 390

4.5.5.2γ抑制性能 392

4.5.5.3中子灵敏度 392

4.5.5.4方向性响应 394

4.5.5.5量程范围 395

4.5.6高能（〉14MeV）中子当量剂量测量 395

4.5.6.1高能中子剂量当量监测 395

4.5.6.2环境高能中子源 396

4.5.6.3热中子至100 MeV中子等剂量当量探测原理 397

4.5.6.4高能（〉14MeV）中子剂量当量仪 399

4.5.7脉冲中子剂量当量测量方法 402

4.5.7.1脉冲中子剂量当量测量的特点 402

4.5.7.2脉冲中子希沃特计数器 402

4.5.8 6LiF热释光反照中子个人剂量计 405

4.5.8.1反照中子与反照中子剂量计 405

4.5.8.2快中子6LiF、7LiF热释光反照中子剂量计 406

4.5.8.3 JR—1104型快中子6LiF、7LiF热释光反照中子剂量计组合 407

4.5.9生物等效中子计数管 410

4.5.9.1工作原理 410

4.5.9.2生物等效探测器中子剂量当量仪 411

4.6 n、γ联合探测方法 411

4.6.1中子探测 412

4.6.2 γ探测 412

4.6.3中子、γ联合探测 412

4.6.4中子、γ联合探测器 412

4.6.4.1透射型 412

4.6.4.2散射型 413

4.6.5 n、 γ联合探测方法的应用 414

4.7中子-中子甄别探测方法 414

4.7.1伯吉·韦斯考分布用于n-n甄别探测方法原理 415

4.7.2中子源 415

4.7.2.1 226Ra D（γ，n）光激中子源 415

4.7.2.2 226Ra本底中子 416

4.7.3中子-中子甄别探测器 416

4.7.3.1中子探测 416

4.7.3.2中子-中子甄别探测器 416

4.7.3.3提高强γ场测弱中子效果的措施 417

参考文献 418

第5章 中子探测技术应用进展 423

5.1中子水分与γ密度联合测定 423

5.1.1散射式水分密度联合计 424

5.1.1.1工作原理 424

5.1.1.2标定 425

5.1.2透射式水分密度联合计——幅度甄别法 426

5.1.2.1热中子透射法测含水量 426

5.1.2.2 γ透射法密度测量 426

5.1.2.3中子水分、γ密度的联合测量 426

5.1.3透射式水分密度联合测定——PSD法 428

5.1.3.1测定水分与密度的公式 428

5.1.3.2快中子衰减系数 429

5.1.3.3 252 Cf自发裂变中子源 429

5.1.3.4探测器 430

5.2稳定同位素硼示踪技术 432

5.2.1地下水流研究 432

5.2.1.1中子测硼仪 432

5.2.1.2地下水流测定 433

5.2.2预加负荷地基下沉的测定 433

5.3无损测氘含量的光激中子法 436

5.3.1方法原理 436

5.3.2中子-中子甄别探测器 436

5.3.3实验效果 437

5.4中子慢化测氢含量方法 438

5.4.1基本原理 438

5.4.1.1三组理论扩散方程的解 438

5.4.1.2双组理论扩散方程的解 440

5.4.1.3单组理论扩散方程的解 440

5.4.2正源距、负源距与零源距 441

5.4.3方法应用 442

5.4.3.1中子测水含量方法 442

5.4.3.2热中子测井方法 442

5.4.3.3补偿中子测井方法 443

5.4.3.4新型补偿中子测井探头 443

5.5稳定同位素氘示踪技术 444

5.5.1方法原理 444

5.5.2应用方法 444

5.6反应堆燃料元件破损缓发中子监测法 444

5.6.1方法原理 445

5.6.2元件破损监测装置 445

5.6.2.1缓发中子源与采样延迟 446

5.6.2.2物理设计特点 446

5.6.3元件破损监测效果 446

5.7快中子无损测量油罐与底座间隙分布 447

5.7.1测量原理 447

5.7.2修正项 449

5.7.3油罐与底座间隙分布测量 449

参考文献 450