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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Ek62

1.4.2.2中子的平均速度v -62

1.4.2.3中子的平均能量E63

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λt64

1.4.3.4减速长度Ls64

1.4.3.5扩散长度L65

1.4.3.6徙动长度M66

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M363

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