自给能中子探测器

用于自给能中子探测的设备

自给能中子探测器是按照核电池的原理工作的。这种中子探测器响应速度快、体积小、能够耐受反应堆堆芯里面的强辐射环境。自给能中子探测器无须外加电压进行电离，因此无需气体空间，故命名为自给能探测器。

中心的金属线通常采用钴、镉、铑、钒等金属，它们吸收中子后会发生β衰变，释放出电子，由于电子的不断释放，金属线内的正电荷不断积累，从而在电阻上产生一个正的电压，通过电位计可以直接测量到这个电压。也可以用电流计测量释放出电子形成的电流。

探测器套和中心金属线之间要很好地绝缘，通常采用氧化镁绝缘。这种探测器可以做得很小，直径可以到1~3mm，长度可根据需要设计。

自给能探测器有两个很重要的优点：首先，测量十分简单，只需要一个电位计就可以；其次，中心金属线寿命很长（和涂硼或者涂U相比较）。但也有一个缺点，那就是β衰变是有半衰期的，因此测量到的值在时间上会有所滞后。探测器的输出电压和中子通量的关系为

V（t） = I（t）R = KsqNj（1-e）R

其中，K是一个由探测器形状和材料决定的常数；s是发射体材料的热中子吸收截面，cm^2；q是发射体β衰变所发射的电荷，C；N是发射体的总原子数目；T是发射体β衰变的半衰期，s；j是中子注量率，n/（cms）。

例如常用的钒，用的是V吸收一个中子后成为V（吸收截面是4.9b），V的β衰变半衰期是226s。这就意味着需要大约4分钟才能达到稳态值的63%。铑的情况稍微好一点，Rh的吸收截面是150b，吸收中子后的Rh有两种反射性同位素，基态Rh（占92.7%）的半衰期是42s，亚稳态的Rh（占7.3%）的半衰期是264s。钴和镉应该可以弥补这个问题，因为它们的子体的半衰期大约只有10s，因此基本上是瞬时测量的。

钒自给能探测器由于吸收截面比较小，因此一般做成比较长的探测器。所以经常用于探测径向功率分布，而对于轴向分布的分辨率较差。而铑自给能探测器由于截面大，可用于轴向分布的探测。

还有一种自给能探测器利用γ射线而不是β衰变，这种探测器的组成结构和β衰变中子探测器差不多，如图1 所示。

这种探测器的工作原理是，发射体原子核（Pt）俘获中子后形成处于激发状态的复合核，复合核在退激过程中发射γ射线，利用γ射线与探测器材料的相互作用，得到自由电子。由这些自由电子形成的电流与中子注量率成正比关系。这种探测器的特点是响应速度快，可用于功率调节和保护，但它的缺点是对中子和γ射线都敏感，所以测量中子注量率的精度受到当地γ射线的影响比较大。

裂变室是利用U的裂变反应来测量中子的。裂变室在结构上和电离室差不多，只是涂层不采用硼，而是采用U涂层。U吸收中子发生裂变反应后，两个裂变碎片会向两个相反的方向运动。因此必定会有一个碎片进入气体空间，而另一个碎片留在壁面。裂变碎片的动能十分巨大，会产生大量的电离。这个特点使得裂变室探测器不但可以用于核电厂的功率量程探测，还可以用于源量程和中间量程的探测。

活化片法的原理是向堆内同时放入很多小的活化片（可以放在不同区域的多个位置），等待一段时间，待充分活化后，迅速取出来测量活度。活化片法要求活化片材料的截面数据要事先得到。活化片法还能够用于测量中子的能谱，这时需要在活化片外围包一层屏蔽层，屏蔽掉特殊能量的中子，例如镉可以很好地屏蔽掉热中子。

光学胶片也可以用于测量辐射，例如X光成像，辐射强的区域颜色更深。还可以用各种过滤片过滤掉特殊类型的射线，以便测量能谱。

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