BNCT混合輻射場中子能譜測量

{ 劑量測量方法 }

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精彩內容

中子能譜測量的BNCT研究工作具有很大意義，其對於慢化、準直、治療計劃的設計都是必不可少的。所以中子能譜的測量幾十年來都是很受重視的。

對於熱中子和快中子，能譜測量方法有很大的差異。快中子能譜的測量有4種方法：氫反衝法、核反應法、飛行時間法和閾探測器法。前面兩種方法比較簡單，應用得最多；飛行時間法的測量精確度最高，但是儀器設備比較複雜；閾探測器是最簡單的，但只能作些粗略的測量。熱中子能譜測量方法主要是飛行時間法和晶體衍射法。

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氫反衝法

氫反衝法是利用中子和含氫物質的氫原子發生碰撞，反衝出來的氫原子核，即質子，它的能量和入射中子能量有關。即可以通過測量反衝質子能量，反推出中子的能量。

當中子源、輻射體和探測器的尺寸和它們之間的距離相比要小的多時，入射中子束可看作平行束，探測器接受到從輻射體來的反衝質子的反衝角都是?。如果入射中子是單能的，探測器測到的反衝質子也將是單能的。然後根據公式，就可以算出中子能量。探測器對輻射體所張的立體角w希望盡量小些，以便計算中子能量時的不確定性小一些。但是探測器總是有一定尺寸，又考慮到要一定的計數率，立體角就不能取得很小。

圖 1反衝核的測量

在上圖中的探測器位置上放上核乳膠，這是在早期常用的一種中子測量方法。這種方法，因為質子在射入乳膠前已有一部分能量消耗在輻射體中，能量解析度較差，可測快中子能量的下限也高(0.9MeV以上)，所以應用很少。

另一種方法是利用乳膠本身作為輻射體。這時要把乳膠片放置在沿中子束方向稍成傾角的位置上。由於不用外輻射體，周圍物體大為減小，使得中子能譜畸變小，散射本底也較小。乳膠本身就是輻射體，所以反衝質子的記錄效率也高。這種方法的測量範圍為0.2~10MeV。對能量更高的質子，須要作各向異性的修正。對能量更低的中子，在乳膠中產生的反衝質子射程小於1.7μm，已很難測量了。

利用核乳膠測量無定向快中子能譜則友4π積分法和二面角法等。所謂4π積分法是測量所有反衝質子徑跡的射程，由此得到的質子譜相當於中子的積分譜，對二面角作為測量反衝質子徑跡的選擇條件，避免了測量傾角較大的徑跡，因而提高了能量解析度和測量徑跡的效率。

應用乳膠在中子能譜測量方面曾得到很多很有意義的結果，這類方法的最大缺點是工作繁重，得出的結果時間太長，所以正被其他探測器所替代。但是這種方法本身體積小，對中子場畸變小，測得的反衝質子徑跡清晰，結果可靠，所以某些場合仍然有使用。

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核反應法(6Li和3He譜儀)

利用中子和6Li或3He發生核反應，記錄反應產物的能量從而算出中子能量。近年來，6LiI(Eu)閃爍體和6LiF夾心半導體探測器使用得較多。但是由於6Li(n,α)反應的Q值較大，而閃爍譜儀的分辨較差，所以利用6LiI(Eu)閃爍體只能測量MeV能區的中子。當中子通量很高時，使用6LiF夾心半導體中子譜儀。由於半導體探測器的解析度高，故可測中子能量下限可達10KeV，並且有相當好的解析度。

近年來，3He氣體探測器使用得愈來愈多，開始時期，以圓柱型正比計數管作為中子能量測量。目前還有一種小型球形電離室，其靈敏度是各向同性的，並由於其體積小，可用於反應堆孔道作能譜測量。

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飛行時間法

如果知道中子的速度v，就可以算出中子能量E，式中的m為中子質量。當中子能量在30MeV以下，不必引入相對論效應的修正，所以上述計算是很簡單的。中子速度的測量可以從中子通過一段固定距離所需的時間的測量得出。這是，只要測出中子的飛行時間就可以得出中子的能量。

要測量飛行時間，必須記錄中子從起點出發的時刻和到達飛行距離終點的時刻。後者是由放在路程終點處記錄中子的探測器中出現脈衝來決定。起飛的時刻可由下面幾種方法來確定：

記錄放在飛行距離起點處的有機閃爍計數器內中子的散射作用；

伴隨粒子法，把與中子同時產生的帶電粒子給出的脈衝作起始信號；

脈衝中子源，中子從源飛出的時刻用與中子出現時間相同步的電脈衝來標誌。

在慢中子能譜測量中只採用第三種方法，寬度大約為1μS的中子脈衝在核反應堆上用機械選擇器產生，或是在回旋加速器和電子直線加速器上，用脈衝調製束流的方法來獲得1μS左右的脈衝中子束。

對於快中子來說實際上三種方法都可以的。離我們您好有機閃爍計數器中產生反衝質子作起始信號的方法簡單；但是散射效率太低，使用這種方法有所不便。伴隨粒子法在用加速器作中子源時是經常使用的。

圖2伴隨粒子法飛行時間譜儀原理

例如由T(d,n)4He反應獲得中子時，在產生中子時必然伴隨有4He，如圖所示，入射粒子束打在靶上，產生中子，經過一定飛行距離s(幾米)到達探測器1被記錄，在探測器2記錄在靶上作用打出中子時伴隨產生的α粒子，經過延遲電路送到符合電路。調節延遲時間，當中子飛行時間和延遲時間相等時，符合電路才有輸出計數。因此逐步改變延遲時間，就可以得到中子按飛行時間的分布。

脈衝束法是目前使用得最廣泛的。這種方法只需要用一個探測器記錄中子到達的時間。它既可以用於反應堆中子源，也可以用於加速器中子源。

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