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第一篇 中子发生器1

1 中子发生器的发展概况1

2 中子发生器的工作原理和产额特性1

2.1 D（d,n）和T（d,n）反应1

2.1.1 中子源反应1

2.1.2 D-D和D-T源产额的角度分布4

2.1.3 D-D和D-T反应的中子能量及能量分布11

2.1.4 中子能量被测值与理论值的比较23

2.1.5 D-D和D-T反应产生的中子的偏振27

2.2 离子的产生和加速34

2.2.1 高压电源的供应34

2.2.2 离子源36

2.2.2.1 连续工作型的离子源36

2.2.2.2 脉冲离子束41

2.2.2.3 偏振离子源45

2.2.2.4 引出的离子的电荷、质量和能量的范围47

2.2.3 离子束的加速和传输系统51

2.2.4 离子束几何尺寸和能量的测量54

2.3 靶和中子产额58

2.3.1 稳定靶58

2.3.2 旋转靶63

2.3.3 特殊的中子源65

2.4 真空系统74

2.5 氚洗涤系统77

2.6 某些D-T发生器的设计和操作特性77

2.7 中子通量和产额测定81

2.8 中子发生器实验室的设计90

3.2 法国Sodern中子发生器96

3 中子发生器的商品化96

3.1 美国MF Physics中子发生器96

3.3 俄罗斯ALL-RUSSIA INSTITUTE OF AUTOMATICS RF MINATOM中子发生器97

3.4 德国EADS公司的中子发生器97

3.5 西安石油勘探仪器总厂中子发生器97

3.6 东北师范大学中子发生器98

4 东北师范大学中子发生器的研制及其应用98

4.1 NGW-751 C/O石油测井中子发生器介绍98

4.1.1 引言98

4.1.2 NGW-751 C/O石油测井中子发生器主要技术指标（见3.6）98

4.1.3 自成靶陶瓷中子管的特点98

4.1.4 结构简述99

4.1.5 NGW-751型中子发生器电路工作原理99

4.1.5.1 地面专用电源100

4.1.5.2 井下中子发生器电路工作原理101

4.1.6 高压绝缘和工作温度104

4.1.6.1 高压绝缘104

4.1.6.2 工作温度105

4.2 关于中子发生器稳定性的研究105

4.3 关于强流中子管用微波离子源的研究105

5 结束语106

参考文献106

第二篇 中子发生器的应用116

1 概论116

2 应用技术基础117

2.1 中子物理基础知识117

2.1.1 中子的基本物理属性117

2.1.2.1 截面118

2.1.2 中子与物质的相互作用118

2.1.2.2 中子反应119

2.2 中子和γ射线探测技术120

2.2.1 中子探测原理和方法121

2.2.1.1 核反应法121

2.2.1.2 核反冲法121

2.2.1.3 核裂变法122

2.2.1.4 核活化法122

2.2.2 γ射线的探测122

2.2.3 常用的γ射线探测器与中子探测器122

2.2.3.1 气体探测器122

2.2.3.2 闪烁探测器127

2.2.3.3 半导体探测器133

2.3.2 前置放大器136

2.3.1 探测器136

2.3 核电子学方法与多道谱仪136

2.3.3 谱仪放大器138

2.3.4 模数转换器142

2.3.5 计算机多道分析器（MCA）149

2.3.6 Canberra的DSA-2000数字谱分析器与ORTEC的digiDART可携式HPGeMCA150

2.4 中子防护与计量的测量152

2.4.1 中子与生物组织的相互作用及中子辐射对人体的影响152

2.4.2 中子辐射剂量153

2.4.2.1 与中子剂量有关的基本概念153

2.4.3 中子注量与吸收剂量，剂量当量的关系155

2.4.4 中子剂量的计算156

2.4.5 中子剂量的测量157

2.4.6.1 最大允许剂量158

2.4.6 中子辐射的防护158

2.4.6.2 中子辐射的屏蔽159

3 中子发生器在工业在线元素分析中的应用161

3.1 中子感生瞬发γ射线在线分析技术的进展（1988～2002）162

3.1.1 概况162

3.1.2 物理方法方面163

3.1.2.1 用蒙特卡罗模拟中子通量在整体煤样中的分布164

3.1.2.2 利用14 MeV快中子发生器对煤中元素含量分析的实验研究164

3.1.2.3 方法实验中的中子慢化体、反射体和防护体165

3.1.2.4 测量方法165

3.1.3 中子源和测量仪器方面165

3.1.3.1 中子源165

3.1.4 数据处理——分析软件方面166

3.1.3.2 测量仪器方面166

3.1.5 结语167

3.2 煤质分析168

3.2.1 D-T中子源皮带式在线煤质分析系统的研制168

3.2.1.1 引言168

3.2.1.2 方法原理169

3.2.1.3 测量装置和数据获取与处理系统172

3.2.1.4 实验结果172

3.2.1.5 存在问题与讨论173

3.2.1.6 结论174

3.2.2 电站入炉煤成分在线检测装置技术经济分析174

3.2.2.1 引言174

3.2.2.2 项目提出的背景174

3.2.2.5 项目成果的新颖性与先进性175

3.2.2.3 项目成果的主要用途及应用领域175

3.2.2.4 煤成份在线检测装置的主要技术经济指标及其与同类产品的比较175

3.2.2.6 市场需求与风险分析176

3.2.2.7 经济效益与社会效益分析177

3.2.2.8 结语178

3.2.3 标准煤样系列制备方法——刻度中子感生γ射线（电站入炉煤）煤质分析器178

3.2.3.1 方法说明178

3.2.3.2 标准煤样系列技术条件179

3.2.3.3 制备方法180

3.2.3.4 标准煤样的维护182

3.2.4 MJA型电站入炉煤成分在线检测装置介绍183

3.2.4.1 产品的主要特点183

3.2.4.2 装置的原理及功能183

3.2.4.3 装置的组成186

3.2.4.4 主要技术参数188

3.2.4.5 软件说明189

3.2.4.6 系统操作、维护与维修191

3.2.5 MZ-MKFY-A型脉冲中子煤质快速分析仪介绍191

3.2.5.1 用途191

3.2.5.2 工作原理简介192

3.2.5.3 主要技术指标192

3.2.5.4 仪器的成套组成193

3.2.5.5 仪器的安装和使用193

3.2.5.6 仪器维修维护及人员培训194

3.3 水泥生料在线分析195

3.3.1 XENA水泥生料分析方法195

3.3.1.1 中子非弹散射（NIS）和热中子俘获（TNC）技术的联合应用195

3.3.1.2 新改进的空间一致性的测量方式196

3.3.2.1 样品197

3.3.2.2 装置的设计197

3.3.2.3 分析程序和结果197

3.3.2 室内实验197

3.3.3 现场（工厂）实验199

3.3.3.1 现场实验用的XENA的设计199

3.3.3.2 XENA的安装和谱的标准化199

3.3.3.3 逐级变化实验200

3.3.3.4 取样的精确度200

3.3.3.5 对于高深度样品的标定程序201

3.3.3.6 误差分析和高深度数据的讨论202

3.3.3.7 低生料厚度的校正延伸202

3.3.3.8 性能评估203

3.4.1 概述204

3.3.4 结论204

3.4 在铝工业和钢铁工业中铝矿石和铝矿浆，以及烧结铁矿的在线分析204

3.4.2 谱仪系统与测量装置205

3.4.3 分析软件206

3.4.4 实验结果206

3.4.4.1 获取的铁矿石样品的γ谱206

3.4.4.2 分析误差207

3.4.4.3 I-ρ关系217

3.4.4.4 慢化体的作用217

3.4.4.5 反射体的作用218

3.4.4.6 PGNAA铝矿浆分析系统在铝厂的应用218

3.4.5 结语221

4.1.1 非弹性散射222

4.1 概述222

4 中子发生器在地质勘探与石油测井中的应用222

4.1.2 弹性散射223

4.1.3 活化224

4.1.4 俘获与扩散225

4.1.5 其他的作用与反应225

4.2 中子方法在地层勘探中的应用226

4.2.1 碳氧比测井和氯测井226

4.2.2 中子寿命测井228

4.2.3 循环活化测井230

4.2.4 直接测铀的缓发中子测井和瞬发中子测井231

4.3 石油中子测井232

4.3.1.2 扩散方程和超热中子测井233

4.3.1.1 中子平衡方程233

4.3.1 连续中子源测井233

4.3.1.3 分组扩散理论和热中子测井236

4.3.1.4 中子孔隙度测井的探测深度和环境影响238

4.3.2 脉冲中子测井240

4.3.2.1 脉冲中子与地层相互作用过程240

4.3.2.2 碳氧比伽马能谱测井241

4.3.2.3 脉冲中子孔隙度测井249

4.3.2.4 热中子寿命测井251

5 中子发生器在中子成相技术中的应用254

5.1 利用中子管的中子照相技术的概述254

5.2 用密封中子发生器的中子照相装置255

5.3 中子成相技术的应用255

5.3.3 腐蚀的检查256

5.3.2 混凝土渗水特性的测试256

5.3.1 大型机件的标记成相256

5.3.4 两相流的研究（管内）257

5.3.5 爆炸装置的中子照相258

5.3.6 核燃料元件的检测258

5.3.7 电子元件的中子照相检测259

6 中子发生器在爆炸物及毒品检测中的应用259

6.1 概述259

6.2 PFTNA原理260

6.3 方法261

6.4 应用262

6.4.1 装满炸药军火的检测262

6.4.2 地雷的探测263

7.1 小剂量刺激农作物或水产的生长、发育的应用264

7 中子发生器在农业和水产业中的应用264

6.5 结语264

7.2 辐射育种中的应用265

7.3 水分检测中的应用265

7.4 辐照育种，刺激生物体生长的基本原理265

7.5 中子和γ射线辐照生物体效应比较266

7.6 讨论和展望267

8 中子发生器在医学中的应用267

8.1 概述267

8.2 硼中子俘获治癌268

8.3 快中子治瘤268

8.4 快中子和BNCT综合治癌269

9 中子发生器的应用前景270

参考文献271