时间关联符合法对铀质量和富集度的测量.PDF

第 37 卷 第 2 期 核 技 术 Vol.37, No.2 2014 年 2 月 NUCLEAR TECHNIQUES February 2014 时间关联符合法对铀质量和富集度的测量 梁庆雷 李井怀 刘国荣 李安利 （中国原子能科学研究院 北京 102413 ） 摘要 核材料尤其是高浓铀材料一直是人们重点关注的对象，越来越多的方法和技术手段用来探测其质量和 富集度的信息，而重屏蔽体内高浓铀材料质量和富集度的测量是一项技术性的难题。为此，利用 14 MeV 中子 和 14 MeV 中子慢化后得到的连续中子能谱来探测铅容器内铀材料质量和富集度的信息，结果如下：在低富集 度的范围内，相同富集度的铀样品质量之间存在良好的线性关系；相同质量的铀样品富集度之间也存在良好 的线性关系，这为将来探测重屏蔽体内铀材料质量和富集度的信息提供了很好的方法基础。 关键词 铀质量，铀富集度，14 MeV 中子，连续能谱中子 中图分类号 TL27 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.020202 铀富集度通常指铀材料中 235U 的丰度，对于普 分别是 2.08 b 和 1.14 b，相差不大，可以用来测量 通容器内铀材料富集度特性的探测，使用无源 γ技 铀样品的质量信息，但是丰度信息的测量却十分困 术可以较好解决[1] 。而对于重屏蔽体内的铀材料， 难，因此需要对实验方案进行修改。 尤其是高浓铀材料，由于 235U 发射的 0.185 7 MeV 根据理论计算提出实验方案，方案的核心是用 特征 γ射线很难穿透，因此使用无源 γ技术测量非 两种能谱中子质询铀样品。一种是 14 MeV 单能中 常困难。 子束；另一种是用铅-聚乙烯将 14 MeV 中子慢化获 主动法测量重屏蔽体内高浓铀材料的特征信息 得连续能谱中子。经过 Monte Carlo 模拟和实验测 是目前国际上的研究热点，时间关联符合技术则被 量，确定了慢化体材料和几何尺寸，将其装配在 TTi 认为是一项很有前途的技术[2] 。它的工作原理是用 靶上，出射中子包括热中子到 14 MeV 中子，其中 中子或高能γ射线质询重屏蔽体内的铀材料，使铀 1.5 MeV 以上的快中子能诱发238U 裂变，而所有能 235 [10] 235 发生诱发裂变产生裂变中子和裂变 γ射线，铀每一 量的中子都能诱发 U 裂变 。对于热中子， U 次裂变同时放出两个或两个以上的裂变中子和多条 和 238U 的裂变截面相差很大，即利用慢化后的中子 裂变 γ射线。使用两个或多个探测器同时探测裂变 场质询铀材料，测量得到的裂变 n/γ 时间关联符合 中子和裂变γ射线，当有两个或两个以上的探测器 谱，其面积的变化对铀样品富集度的变化更灵敏。 同时探测到中子或γ射线，就构成了符合事件。符 两种能谱中子质询所获得时间关联符合谱面积 合事件的多少、时间分布与被测铀材料的质量及富 可分别构成铀样品质量和富集度的函数，理论上可 集度特性有关。 以获得有关铀样品质量和富集度的信息。 使用 14 MeV 中子质询铀材料的示意图如图1(a) 1