[发明专利]一种预测屏栅电离室测量中子诱发核反应实验结果的方法

说明书

本发明公开了一种预测屏栅电离室测量中子诱发核反应实验结果的方法，通过蒙特卡罗模拟的方法，在获得待测反应以及其他可能发生的干扰反应产生的带电粒子能量、出射方向信息，以及带电粒子的能量损失和射程信息后，定量地得到待测反应出射粒子的能量‑计数关系。通过改变样品厚度、电离室内工作气体种类、气压、中子能量等模拟条件，得到相应的反应出射带电粒子能量‑计数关系，从而通过这种关系较为直观地得到实验的结果，进而优化各类实验条件。本发明可以指导电离室核反应测量实验计划的制订，并且可以确定测量效率。

技术领域

本发明属于辐射探测领域，具体涉及一种电离室测量中子诱发反应实验结果的预测方法。

背景技术

屏栅电离室(以下简称电离室)是测量快中子(中子能量E_n1MeV)诱发的轻带电粒子出射核反应，如(n,α)反应的常用探测器。电离室内部充有工作气体(一般为90％以上的惰性气体+10％以下的多原子气体，比如CO₂或H₂)，并且主要由一个阴极和两个阳极、两个屏蔽极和两个栅极，共7个平行极板构成，形成屏蔽极-阳极-栅极-阴极-栅极-阳极-屏蔽极的结构，在实验测量中主要关注的是阴极和阳极，所以在本说明书中主要讨论阴极和阳极，即简化为阳极-阴极-阳极结构。阴极和阳极的极板间有高电压，其中两个阳极的电位相等，即关于阴极对称。阴极板的中央装有待测的实验样品，为两个背靠背的圆形箔片。实验测量时，入射中子垂直于样品箔片入射，打到样品上，引起核反应，产生的带电粒子若与入射中子的夹角在0-90°范围内，则称为前向出射；若与入射中子的夹角在90-180°范围内，则称为后向出射。带电粒子在工作气体中沉积能量，沉积的能量将工作气体的分子电离，电离产生的电子在极板间高压的作用下向距离电离发生位置更近的阳极板漂移，同时阴极和这个阳极的极板产生感应电荷，由此将核反应产生的出射带电粒子能量转化为电信号输出，完成测量。

待测样品受到中子辐照后，除了会发生待测反应，也会发生其他带电粒子出射反应，例如待测核反应是⁵⁸Ni核的(n,α)反应，此时待测样品为⁵⁸Ni样品，待测粒子即为α粒子。但⁵⁸Ni样品除了会发生(n,α)反应，也会发生(n,p)反应，产生质子(p)，质子也会在工作气体中沉积能量并被探测到，因而对实验测量结果有干扰。粒子的干扰除了来自待测样品的核反应产生的粒子，还有可能来自中子与工作气体、化合物样品中的其他原子核(例如氧化物样品中的氧)产生的核反应，并且电离室不可避免地会有漏气现象，中子与空气中漏到工作气体内的O₂、N₂等气体的原子核也会作用，产生带电粒子，被电离室探测到。这些干扰反应产生的粒子，都会因在电离室沉积能量并被探测到，从而对电离室最后测量得到的能谱(即电离室的阳极和阴极测量的能量-相应计数关系)有贡献，而电离室测量得到的能谱是待测反应与其他所有干扰反应的贡献之和，所以若干扰反应和待测核反应的能谱重叠，则可能无法鉴别开，使得实验测量得到的能谱完全找不到待测核反应的粒子，最后导致实验失败。除了干扰反应外，实验测量使用的工作气体种类、气压，样品的厚度、密度等参数，都会影响到实验测量的最终结果。实验需要的中子束流需要申请，实验通常要持续一周以上，需要时刻有值班人员在场，且定制样品通常价格不菲，实验对人力、物力消耗较大，所以需要提前计划好实验，保证实验成功率和实验质量，因此上述参数都需要进行提前优化，干扰反应的影响可以接受，且待测反应产生粒子的计数足够。

总结起来，电离室测量某个中子诱发的核反应实验前，需要判断这个实验是否可行，然后给出合适的实验参数，从而制订实验方案。

发明内容

为了能在电离室测量中子核反应实验前得到各个实验条件下的预期结果，从而确定最优化实验条件，本发明提供了一种实验结果的预测方法。