_3He中子计数管的机理及结构.doc

第29卷第5期2009年9月He核电子学与探测技术Nuclear Electronics & Detection TechnologyVol. 29 No. 52009© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月张明，施俊,任忠国（中国工程物理研究院.四川绵阳621900）:介绍了' He中子计数管的工作原理.对其结构、气体密封工艺进行了探讨3 He;中子计数管:0572.354 : A : 025&0934（2009）05-1170-02© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月E( r)i\n( IV a)中子探测在核探测中占有极其重要的位 置，目前应用较为广泛的为'He中子计数管。

了解'He中子计数管的工作原理和结构，有助 于提高其应用效果1 3 He由于中子不带电荷，不能直接引起物质“电 离”与“激发”，对中子的探测主要通过对它与物 质作用产生的次级带电粒子的探测而实现 3 He中子计数管作为热中子探测器•探测原理 基于核反应法•其核反应过程如下：3 He + n H + 3 H + 765keV反应产物为质子与氟核的带电粒子热中 子引起反应产生的反应能•在质子与氟核之间 分配质子获得191keV能量，氟核获得 574keV能量质子与佩核工作于'He气体为 工作气体的正比计数管内1. 1 3 He质子与氟核通过气体时，同'He气体发生 电离碰撞•便'He气体分子电离，同时损失部分 能量•形成大量的离子对（电子与正离子）o3 He 正比计数器作为一种电离室，在其中心阳极丝 上加正髙压•阳极丝与外壳管壁之间形成电场,:2009-01-| 1:张明（1961・）.女•河北武邑人.工程师. 主要从事核仪器研制1170在外加电场的作用下•这些电子和正离子分别 向正、负电极漂移•电子漂向阳极丝•正离子漂 向阴极壁•而被电极收集正比计数管的电场 分布为：式中：d为阳极丝半径，"为阴极壁半径" 为该点与轴心的距离。

由于正离子质量大,且漂移方向的电场由 强到弱，因此电场的加速不足以使之发生电离 碰撞而电子漂移愈接近阳极•电场强度愈强 到达某一距离巾后，电子在平均自由程上获得 的能量足以与气体原子发生电离碰撞•形成新 的离子对同样新的电子被再次加速再次发生 电离碰撞漂移电子愈接近阳极，碰撞几率愈 大于是不断增殖的结果，产生雪崩效应雪 崩后的离子对数目大量增多，形成信号的放大O 雪崩只发生在阳极丝周围狭小范围内•因此阳 极丝在管内的轻微偏心不会影响信号的输出0 雪崩与气体压强、工作电压、电极（阳极丝、管 壁）半径有关1. 2由于'氐气体对于CI粒子的电离能为46 eV •通过降低电离能可以产生更多的离子对. 从而提髙信号幅度Ai•气对于a电离能为 26. 3 eV .CO:气对于a电离能为34. 1 eV，因此 在'He气体中加入适当的Ar气或CO：气体及© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第29卷第5期2009年9月© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 其它低电离能气体（如Xe・Kr ） •一方面质子 与氟核通过这些气体时•可以产生更多的离子 对，可以提高输出脉冲幅度山。

另一方面能显 蓍降低质子与佩核的平均自由程•提高质子与 氟核能量收集能力•进而提高脉冲幅度，提高3 He中子计数管性能如表1所示㈢o980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 器平均 自由稗cm400keV粒子电离能量拥块率keV/cm平均中子反应收簞keV电子能重收但ke V中子/电子能重收車能力出抗Y能力(R/h)b、He(0. 15Mpa/cm)2.11. 1〜5004.01255He(0. 15Mpa

由于负离子漂移速度 远慢于电子,因此与正离子复合机会增加，形成 复合损失•对探测器探测不利减少负电性气体（如O： , H’O）在探测器中 的存在•可通过渗入少量的双原子或多原子分 子气体（如N2 .CH4 .CO：）.以减少复合损失2 '任 2. 13 He中子计数管其结构与一般正比计数器 的相同正比计数器大多是由同轴圆柱形构 成，因为在一般电压下（〜kV）,圆柱形电极比 平行板电极容易获得强电场区•灵敏体积也大， 并且脉冲幅度与电离产生的地点无关•基本结 构示意图如图io闭极丝 阴祕外洗 阳极引由堆图1正比计数器示意图2. 2首先要求具备优良的附压与密封性能•其 结构与工艺必须保证密封壳的耐压强度大于工 作气体压强的1.6倍（达到1MP“）•为保证在 工作寿命期间'He正比计数管的性能,密封壳 的总洩漏率小于1.0 X10 sPa -L/so密封壳体的材料要具有良好真空性能，以 防止因壳体放气而影响性能:壳体材料与中子 的相互作用截面要小•使中子穿过室壁时的损 失少根据有关资料•管壁过厚则增加了管壁 与中子反应几率,同时降低了探测器抗Y能力， 过薄则降低机械强度•对充气不利因此主要 采用0. 5mm〜1mm壁厚的304无缝不锈钢 管•无缝不锈钢管可以提供较低的本底•抗Y能 力强•但热中子反应截面较大。

也有在用于特 殊用途时采用壁厚为0. 8mm的铝管壳.使用 铝管本底较高•热中子反应截面非常小•但机械 性能不如不锈钢管壁•抗Y能力弱2 3电极系统由阳极丝、阳极引出端及固定架 组成•阳极引出端及密封管底端固定装置将阳 极丝固定•阳极丝为表面镀金鸽丝•鸽丝提供足 够的机械强度，表面镀金可以改变鸽丝表面晶 格结构，以改善铸丝表面光洁度•提高阳极丝导 电性•阳极引出端采用金属陶瓷封装可伐件的 形式焊接后管壳结构示意如图2示枚引出瑞 管壳 底繃固定网筱件图2管壳结构示意图以上为对、He中子计数管的初步认识•望 共同探讨1]吴治华.赵国庆.陆福全等.原子核物理实验方法 (修订版)[M],北京:原于能出版社,1997.[2 ] Doug Reilly • et al. Passive Nondestructive Assay of Nuclear Materials , NUREGCR・5550 L A-UR- 90732, 1991 : 385.1171〔下转第 980 页.Continued on page 980)数在整个平滑过程中始终保持不变，同时信噪 比不是最大采用匹配滤波平滑模型有效改善 了这一不足。

如何便该模型的参数b随着谱形 自适应的变化•从而取得更好的平滑效果•有待 干进一步的研究I I刘志强•马红光•等.AR模型在处理核能谱中的应 用[J L核电于学与探測技术.2005.25(5) :49b493.12]肖刚•周春林.一种自适应的Y射线能谱数据平滑 方法[J]•原子能科学技术,2001 ,35⑴：69-72.[3]庞巨丰编著.Y能谱数据分析[M].西安:陕西科学 技术出版社.1990.|4|张贤达•现代信号处理|M].北京：清华大学出版 社,1995.[5 I宋祖顺•现代通信原理(第二版)[M ]•北京：电子工 业出版社.2007.980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 980© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Smoothing Technology of Gamma-ray SpectrometryData Based on Matched FilteringGU Min ,GE Liang- Quan(School of neural technology and automation .Chengdu Uni vercity of Technology 4 Chengdu .china 610059)Abstract :Traditional method of smoothness of gamma-ray spectrometry data gives rise to aberration of spectra curves easily. The article improve convolution sliding transformation using idea of matched filtering. Gauss adding the exponential function。