本發(fā)明屬于核保障核查技術領域，特別涉及一種測定²³⁵u質(zhì)量的裝置。

背景技術：

核材料質(zhì)量的測量是核保障核查技術非常關注的焦點之一，其中²³⁵u質(zhì)量的測量一直是nda(non-destructiveassay，非破壞分析)測量的難點。²³⁵u質(zhì)量的nda測量一般采用基于³he正比計數(shù)管的熱中子測量裝置及其相應測量和分析方法，目前相關技術已經(jīng)比較成熟并且廣泛應用于各種核設施中。但這種傳統(tǒng)技術在應用上存在兩個缺點：一是當裂變中子之間的時間關聯(lián)信息從ns量級慢化成us量級后，在進行符合測量或多重性測量時，偶然符合對測量結果的干擾較大，分析精度受限，難以進一步提高。二是³he是核武器生產(chǎn)的副產(chǎn)品，近年來各國已基本停止新生產(chǎn)核武器，³he以過去的庫存供應為主，其價格逐年上漲，導致設備成本較高(一套包含100根³he管的典型測量裝置的設備成本約1000萬)，從而限制了其大規(guī)模應用。因此，無論是出于技術發(fā)展還是控制設備成本的目的，研究新型探測器及相應測量技術一直是國際前沿的研究熱點，也是研究難點。

技術實現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的不足，提供一種采用液體閃爍體探測器為基礎的，成本低、測量精度高的²³⁵u質(zhì)量測定裝置。

(二)技術方案

為了解決現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明提供的技術方案如下：

一種測定²³⁵u質(zhì)量的裝置，其特征在于，該裝置主要由閃爍體探測器和中子源組成，圓柱形的閃爍體探測器用聚乙烯塊包裹成立方體形狀，并以探測頭端緊密接觸構成正多邊形結構，中子源置于正多邊形結構內(nèi)部。

進一步，所述閃爍體探測器外設有慢化體。

進一步，所述閃爍體探測器連接結構構成的間隙區(qū)域設有屏蔽體。

進一步，所述閃爍體探測器為液體閃爍體探測器。

進一步，所述閃爍體探測器的數(shù)量不少于6個。

進一步，所述慢化體為聚乙烯。

進一步，所述屏蔽體為聚乙烯。

進一步，所述中子源有2個，分別位于樣品上方和下方。

進一步，所述多邊形結構上端配有蓋子。

(三)有益效果

本發(fā)明開拓了另一種測定²³⁵u質(zhì)量的方式，本發(fā)明通過使用液體閃爍體探測器不僅降低了測量成本，還有效的提高了測量裝置的耦合均勻性(耦合均勻性是指放置在樣品空間內(nèi)的樣品內(nèi)部不同位置受到的中子場分布的均勻性)和效率均勻性(效率均勻性是指放置在樣品空間內(nèi)的樣品內(nèi)部不同位置出射的裂變中子的總探測效率空間分布的均勻性)，從而有效地提高了測量²³⁵u質(zhì)量的精度。

探測裝置的正多邊形結構保證了探測效率均勻性，使各個閃爍體探測器探測的數(shù)據(jù)值差異較小。探測頭相互接觸使得探測器盡可能多的探測樣品散發(fā)出的中子。探測器外的慢化體和屏蔽體使得中子在進入探測器后如有泄出，也會因慢化體和屏蔽體而減少，從而減少探測器之間中子信號的互相干擾，保證了探測的準確率。2個中子源分別在樣品上下兩端可保證樣品受到均勻輻射。

附圖說明

圖1裝置俯視圖

圖2裝置正視圖

1、閃爍體探測器2、慢化體3、屏蔽體4、蓋子

具體實施方式

下面將結合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步闡述。

一種測定²³⁵u質(zhì)量的裝置，主要由液體閃爍體探測器和中子源組成，閃爍體探測器的數(shù)量不少于6個，液體閃爍體探測器探測頭端緊密拼接構成正多邊形結構，液體閃爍體探測器外設有聚乙烯慢化體，液體閃爍體探測器連接結構構成的間隙區(qū)域設有聚乙烯慢化體和屏蔽體，2個中子源置于多邊形結構內(nèi)部，分別位于樣品上方和下方，多邊形結構上端配有蓋子，所屬蓋子由慢化體構成。

實施例：

裝置設計前，首先需要設定合適的有效樣品室尺寸?！坝行悠肥摇笔侵冈谠摽臻g內(nèi)的任意位置均滿足較佳的耦合均勻性和效率均勻性。由于實際應用中待測樣品尺寸通常較小，將有效樣品室尺寸設定為6*6*8cm³的立方體空間。本發(fā)明由六個液體閃爍體探測器探測頭端組成的正六邊形結構，將有效樣品室設置在六邊形正中心位置。選用的液體閃爍體探測器直徑12.7cm，厚7.6cm。圓柱形的液體閃爍體都用聚乙烯包裹成立方體形狀，并且在探測器之間的三角形區(qū)域放置聚乙烯慢化和屏蔽體，以減少串擾現(xiàn)象。中子源采用兩個amli中子源，在樣品上端、下端對稱放置。樣品放入樣品室內(nèi)后，蓋上蓋子，開始測量。

分析數(shù)據(jù)時，需要測定樣品豐度以確定²³⁵u和²³⁸u的質(zhì)量比，并引入等效系數(shù)ceff以及等效質(zhì)量meff：

其中m235表示²³⁵u質(zhì)量，m238表示²³⁸u質(zhì)量。

考慮到上式中的m238可以由m235和豐度(記作enr)確定，該式也可以寫作:

對于本裝置，通過模擬和實驗數(shù)據(jù)分析，確定其ceff值為0.044，意即平均一個²³⁸u原子對測量的符合/多重性計數(shù)的貢獻相當于一個0.044個²³⁵u原子的貢獻。

所以本裝置在快中子符合/多重性測量裝置旁邊加裝了一個hpge探測器，通過γ能譜法測定鈾豐度。

以²³⁵u豐度為10％，直徑8mm，高10mm的uo2芯塊樣品(其中含鈾總質(zhì)量4.78g,含²³⁵u質(zhì)量0.478g)為例簡述具體實施過程。

為方便測量，將芯塊每8個用紙卷成長度80mm，直徑約10mm(芯塊直徑加數(shù)層紙片厚度)的香煙狀“芯塊棒”。然后選取8根芯塊棒進行測量。將8根芯塊棒放入用鋁合金制成的支撐架中，放置范圍都處于有效樣品空間內(nèi)。

然后對樣品進行多重性測量，將測得的中子多重性數(shù)據(jù)通過相應分析算法解析出對應的誘發(fā)裂變率f值，再通過已經(jīng)刻度好的f值和等效²³⁵u質(zhì)量之間的關系曲線(公式3)確定等效²³⁵u質(zhì)量為43.7g。

上式中f為根據(jù)多重性計數(shù)率求解出的誘發(fā)裂變率，meff為等效²³⁵u質(zhì)量,a和b為系統(tǒng)參數(shù)，其中a為10.1，b為45.0.

再通過γ能譜法測量樣品的²³⁵u豐度，結果為9.9％。對應的²³⁵u和²³⁸u質(zhì)量之比為0.11。根據(jù)meff＝43.7，enr＝0.099,以及ceff＝0.044,以及公式(2)，即可給出²³⁵u質(zhì)量為31.4g,和標稱值30.6g相比，相對偏差為2.6％。

實驗結果表明，本裝置對設定的6*6*8cm³樣品空間，保證了好于5％的耦合均勻性(如表1所示)和好于1.5％的效率均勻性(中心位置的探測效率為6.59％，而邊緣位置的探測效率為6.67％，兩者相差1.2％)。

表1兩種不同²³⁵u豐度樣品的重復測量結果