什麼裝置需要中子測量設備

Ⅰ 中國散裂中子源項目項目簡介

中國散裂中子源（CSNS）作為國家「十一五」期間的重點大科學裝置，被納入國家中長期科學和技術發展規劃，得到國務院批准，計劃建設一台功率達100kW的質子束加速器，其有效脈沖中子通量居世界前列。預計國家將投入約12億元人民幣進行建設，整個工程歷時7年。

建設內容包括強流質子直線加速器、快循環同步加速器、靶站、5台中子譜儀等核心設備，以及相應的科學實驗測試系統。此外，還需配套建設設施如裝置建築物、供水、供電、空調和安全防護措施等。

中子散射作為一種重要的研究手段，與X射線束的同步輻射光源互補，對於揭示物質微觀結構具有顯著作用。散裂中子源通過高能質子轟擊重金屬靶產生中子束，這些中子隨後與樣品發生散射，科學家利用中子譜儀探究材料的微觀結構。散裂中子源因其無核燃料、低輻射風險和高通量特性，對提升國家科技實力至關重要，特別是在薄膜、納米團簇、生物大分子等領域的研究中不可或缺。

目前中國擁有4個高性能X射線源，但缺少脈沖中子源。建設高性能散裂中子源將極大地推動我國物理學、化學等領域的發展，特別是生命科學、材料科學、納米科學等前沿學科，以及醫葯、新能源和工程技術應用的革新。此外，散裂中子源還將在能源、國防工業等領域的先進技術發展中扮演重要角色，如用於航天器件地面模擬試驗的強流質子加速器，以及深度檢測工程材料缺陷的無損檢驗方法。在腫瘤放射性治療方面，散裂中子源也已在全球范圍內得到應用。

中國散裂中子源（CSNS）項目，落戶於廣東省東莞市松山湖科技園區，是建在中國的第一座基於加速器加速高能質子轟擊金屬靶而產生大量散射中子的中子源。在這個裝置中，高能量的質子轟擊金屬靶，引起金屬原子的散裂反應。顧名思義，散裂，一分為多，金屬靶在這個反應中會釋放出大量的中子，這些中子被安全地引出到實驗測量裝置上，供科學和工業研究用。

Ⅱ 利用中子吸收測定岩石樣品中硼元素的含量

張玉君

（地質部地球物理勘探研究所）

一、原理及方法

不同的原子核對中子有著不同的吸收作用，硼核的熱中子有效俘獲截面比主要的造岩元素的熱中子俘獲截面大幾個數量極。因此當中子流穿過含硼樣品時，其強度便減弱，減弱的程度取決於樣品中硼的含量。這一物理現象提供了利用中子吸收測定岩石樣品中硼含量的可能性。由於原子核的中子特性與其化學狀態無關，同時又由於硼核與其他常遇到的造岩元素的中子特性有著十分顯著的差異，故利用此方法測定樣品的含硼量可以不必經過化學處理。

方法中應用Po—Be中子源，其最高能量為11兆電子伏，多數中子的能量位於3～5兆電子伏之間。Po—Be中子源中子的能量比熱中子的能量高10⁶～10⁹倍。為了獲得熱中子，必須將快中子加以慢化，含氫物質（如水、石蠟等）可以做為中子的良好的慢化劑，本試驗中用石蠟來慢化中子。

在中子吸收法中主要研究物質對熱中子的吸收現象。慢化後的熱中子流通過樣品時，部分被吸收，各種原子核的中子俘獲截面變化范圍很大，可能低至10^-1靶恩，也可能高達10³靶恩，從表1中可以看出，主要造岩元素的中子俘茯截面均很小，一般不超過1靶恩，僅Hg,B,Cd的有效中子俘獲截面達到數百甚至數千靶恩。此外尚有一些稀土元素具有較大的中子俘獲截面。通常在硼礦石中，Hg,Cd以及稀土元素的含量頗微，因此，可以肯定含硼岩石對中子的吸收主要決定於硼的含量，那麼測定岩石對熱中子的吸收效應，可以確定其含硼量。

表1

關於岩石化學成分（除硼以外）的變化對中子吸收的影響，則為了便於對比，將元素或岩石對熱中子的吸收作用以相當的硼（或B₂O₃）的百分含量為單位來計算：

張玉君地質勘查新方法研究論文集

式中，C_B—相當的硼含量，C_i—某元素的實際含量，σ_B—硼核的中子俘獲截面，σ_i—i元素的中子俘獲截面，A_B—硼的原子量，A_i—i元素的原子量。

表2

利用上式求出表2，計算中忽略了氧元素對中子的吸收。

從表2可以看出，在這些主要的氧化物中，以H₂O,K₂O₃,Fe₃O₄及Fe₂O₃對中子吸收的影響較為顯著。利用此表可以估算岩石各主要化學成分的變化對中子吸收的影響。岩石中含Fe₃O₄量為50%，相當於B₂O₃含量0.07%。利用上表也可以估算岩石對中子的總吸收特性，仍以相當的硼百分含量為單位：

張玉君地質勘查新方法研究論文集

利用（2）式計算了幾種岩石的中子吸收特性，見表3，從此表可以看出，岩石成分中僅鐵的影響較大，除磁鐵礦外，其他岩性變化所引起的中子特性變化均小於0.05%B₂O₃，那麼可以認為除鐵外，其他化學成分變化而引起的系統誤差均小於0.05%。這一系統誤差可以減小，如果將樣品按化學成分而分類，用比較法進行測定即可達到這一目的。適當地選擇標准樣品也可以減小鐵元素的干擾。

表3

在上述計算中僅考慮了岩石對中子的吸收作用，而未考慮其散射作用，由於不同元素具有不同的中子散射截面，那麼岩石中具有高散射截面的元素成分的變化也將造成一定的測量誤差。這里應考慮到H的干擾，必須設法消除之。

二、測量設備及儀器

中子吸收法使用的儀器設備比較簡單，主要包括：Po—Be中子源、中子源的慢化裝置和防護設備、慢中子探測器及記錄儀器等。

試驗工作中我們採用了強度為3×10⁶～6×10⁶中子/秒的Po—Be中子源，中子源置於石蠟防護箱中，石蠟防護箱同時用作慢化裝置，防護箱中間開一孔道，用一塊厚度為5厘米的石蠟蓋塞住，如圖1所示。中子流穿過石蠟蓋被慢化後，作用於樣品；當然也有部分中子流是通過孔道四周的石蠟層，被散射及慢化後，作用於樣品的。為了加強防護，在源箱的四周及上部均用石蠟磚砌成輔助防護層，防護層的總厚度達50厘米。

記錄熱中子用的兩只BF₃正比中子計數管固定在管架上，管架用膠木板和有機玻璃板製成，管架同時用來固定樣品盤的位置，管架四而用鋁板包住，以屏蔽電磁場的干擾；管架上面和兩側均有石蠟防護層，僅沿計數管方向向外部開一通道，以更換樣品。

圖1測量裝置圖

用鋁質盒子作為樣品盤，樣品盤的蓋子用2毫米厚的有機玻璃板製成，用此有機玻璃蓋子將粉末狀樣品鋪平壓緊，並可防止樣品散落，測量中應保持中子源、計數管及樣品之間的相對位置不變。

測量儀器包括慢中子探測器、放大器、鑒別器、陰極輸出器、定標器、穩定高壓電源及屏壓電源（見圖2）除定標器外，測量儀器均系自製。

圖2測量儀器方塊示意圖

中子探測器為兩只國產三氟化硼正比慢中子計數管，中子計數管輸出的負脈沖經過兩極放大後輸給脈沖幅度鑒別器，如果計數管輸出導線較長，也可通過陰極輸出器再輸給放大器。鑒別器用以消除與γ射線有關的干擾脈沖。鑒別器輸出的負極性矩形脈沖通過微分線路形成正負極性的兩個三角脈沖，正極性的脈沖通過陰極輸出器輸給定標器進行記錄。

試驗中曾採用了兩批不同工作電壓的中子計數管，工作電壓分別為3000至3600伏及2000至2300伏，計數管的高壓供電電源採用了高頻振盪線路，長時間工作其穩定度達±0.2%以上。

各真空管的屏壓供電電源為一直流穩壓器，其長時間工作穩定度達±0.3%。

定標器採用64進位或萬進位定標器。

三、試驗技術及工作方法

試驗中曾測定了三類樣晶：標准樣品、試驗樣品及含干擾元素的樣品。各類樣品均為粉末狀，樣品粉碎時通過80～100號篩孔，秤樣用分析天平。如果樣品比較潮濕，在秤樣前應在烘箱內將樣品烘乾，以去除表面水。樣品一般取100克或50克。

標准樣品用空白礦樣與純硼試劑按不同比例均勻混合配製而成，所謂空白樣品即在礦區所採的非礦石樣品，其化學成分與試驗樣品相近，但含硼量甚低，應低於方法的靈敏閾，試驗樣品採集自A、B兩個礦區，為了對比試驗秸果，每個樣品均經過化學分析。為了弄清 Fe及 H的干擾，用Fe₂O₃及Na₂CO₃·10H₂O配製了兩套含干擾元素的樣品。

為了分析樣品中硼的含量，必須測定兩個數值：N及N_n；N為中子流穿過含硼樣品後的計數率，N_n為中子流穿過空白樣品後的計數率。利用

或

來確定樣品中B含量的多少。

開始測量前應將儀器調節正常，尤其應注意保持各種工作電壓的穩定性，固定一個空白樣品作為檢查樣品，儀器調節完畢後，測定一下檢查樣品的讀數。在測量條件保持不變的情況下，此讀數在不同工作日的變化，符合中子源的衰減規律，以此來檢驗儀器工作的正常性。然後即可開始分析。

將測量樣品裝入樣品盤內，用有機玻璃板將樣品鋪平、壓緊並蓋住。更換樣品時應用毛刷將樣品容器清理干凈，以防互相干擾。測量時將樣品盤置入孔道內，即可開始讀數，讀兩次數，每次讀數為2～3分鍾。相對標准誤差為：式中，A為測量次數，t為數數時間。

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若計數率n=10000脈沖/分，則在上述條件下相對標准誤差為±0.5%，從誤差理論得知，將有95.5%的讀數位於n±2σ范圍之內。故要求讀數的重復性一般為±1%，最大不超過±2%。

測量過程中每隔一小時測定一次空白樣品以檢查儀器工作的正常性，每小時平均可測定十個樣品。

四、試驗結果

樣品對中子流的吸收作用隨著硼含量的增大而增大，中子流減弱的速度隨著硼含量的增加而減小，存在著非線性關系，如圖3所示。此方法對低含量樣品的靈敏度高於對高含量樣品之靈敏度。試驗結果表明，函數

，在B₂O₃%為0.03%至3%之間，接近直線函數。因此分析時，高含量樣品的標准曲線可利用普通坐標，而低含量樣品的標准曲線應採用雙對數坐標。

圖3標准曲線圖

根據測量結果所算出的

及

為相對值，不隨中子源的衰減而變化，因為中子流的減弱對N_n及N值的影響程度相同，故在一切測量條件不變的情況下，不同測量日期的數據可以用同一條標准曲線進行解釋，不需進行中子源衰減校正。

Fe及H對中子吸收測硼的干擾試驗結果表明，Fe及H的存在使中子計數率減低，以N表示不含干擾元素樣品的讀數，N´表示含干擾元素樣品的讀數，

表示中子流因干擾元素的影響所減弱的百分值。鐵的干擾隨含鐵量的增大而增大，在Fe₂O₃含量為10%～30%范圍內比較穩定。Fe₂O₃含量＞30%的樣品，Fe的干擾隨Fe₂O₃含量而增長的速度很大，樣品中含Fe₂O₃為50%時，干擾為2.5%，相當於0.19%B₂O₃。Fe₂O₃含量＜10%時，干擾較小，＜1.2%。故按照Fe₂O₃的含量可將樣品分為三類：Fe₂0₃的含量分別為0～10%;10～30%;30～50%。

結晶水的干擾隨其含量的增加而增大，但增長的速度卻隨含量的增加而減低，樣品中含水量的變化對方法的影響是十分顯著的，尤其是分析外生硼礦樣品時，更要注意這一同題。

為了消除Fe,H及其他化學成分變化的影響，應選擇與測量樣品成分相近的樣品做為空白樣品。每一具體礦區的樣品，其化學成分的變化存在一定規律性，可利用有代表性的空白樣品製作標准樣品，這樣可以減少化學成分變化對方法的干擾。

試驗中對兩個礦區的七種空白樣品配製的標准樣品進行了試驗，七套標准曲線的重合性良好，均在允許的測量誤差范圍以內，且與石英粉配製的標准曲線十分近似。這說明只要空白樣品選擇得當，

的值僅與樣品中硼的含量有關，與樣品的化學成分關系不大，因化學成分的變化以等同程度作用於N及N_n，以上結果說明，對這兩個礦區來說，可以利用同一石英粉標准曲線解釋分析結果。

試驗中證明此方法受樣品厚度變化影響很小，不超過允許的測量誤差范圍，由於測量中取相同重量的樣品，那麼樣品比重的變化而引起的厚度改變對測量結果的影響可以忽略不計。

不同重量樣品的試驗結果列入圖4。100克樣品與50克樣品的標准曲線存在著內在聯系，兩條曲線上縱坐標相同之點，其橫坐標相差一倍，如果將橫坐標改用B₂O₃的絕對含量，那麼圖4上1、2兩曲線可以完全重復起來，這一結果說明，測量樣品不必具有相同的重量，只要將標准曲線改為用B₂O₃的絕對含量來表示，不同重量的樣品也可用同一標准曲線進行解釋，解釋結果也為B₂O₃的絕對含量，但測量中應採用大小相同的樣品盤。方法的精確度及靈敏度與樣品中三氧化二硼的絕對含量有關，樣品重量減少後，精度及靈敏度也有所減低。故測量高含量樣品可取其重量等於50克，而分析低含量樣品時，為了提高方法的精度與靈敏度，最好採用100克樣品。

圖4不同重量樣品的標准曲線圖

在上述的技術條件下，利用1—2居里的Po—Be中子源照射100克樣品，用兩只BF₃正比中子計數管進行記錄，方法已達到的靈敏閾為0.005%B或相當於0.017%B₂O₃。

對兩個礦區的生產樣品進行了測定，考驗了方法的准確度及精確度。

中子吸收法分析結果與化學方法分析結果對比情況良好，見圖5，證明了中子吸收測硼方法是准確可靠的。僅個別樣品的分析結果不能很好地對比起來；利用「加入法」，即在樣品中加入已知量的硼，進行重復測定，證明兩種方法分析結果相差顯著的數據，系化學分析錯誤所造成。外部檢查對比結果說明，B₂O₃含量＞1%的樣品，兩種方法分析結果的重合性為±10%,B₂O₃含量＜1%的樣品，兩種方法分析結果的重合性為±20%。

圖5兩種分析方法分析桔果對比圖

通過兩次以上的中子吸收法重復測量（即內部檢查），驗證了方法的精確程度，見圖6。重復測量結果的重現性良好；B₂O₃含量＞1%的樣品，測量結果的精確度以相對均方差來表示，為±3.16%;B₂O₃含量＜1%的樣品，測量結果的精確度以相對均方誤差來表示，為±9.22%。

圖6重復分析結果對比圖

五、結論

中子吸收測硼法已試驗成功，自製的測量儀器可以滿足方法的要求。已達到的靈敏閾為0.005%B或0.017%B₂O₃，方法的精確度在B₂0₃含量＞1%時為±3.16%，在B₂0₃含量＜1%時為±9.22%。方法的測定效率高，每台儀器每天八小時可以測定80個樣品。此方法成本低，可以代替硼礦樣品的硼化學分析工作。

參考文獻

[1]Осгроумов Г.В.，Нейтронвыймегодаваяиза на бор руд скарнового типа.《Развеэка u охрана неэр》，No5,1961 r.

[2]Хрисгианов В.К.，Установка НИХ－2дляопределениясодерх анидбора в образцах горных пород.《Передовойнаучно－техническийи производственныйопыт》 1959 г.

[3]Христианов В.К.，Панов Г.И.，Определение сопержаниябора в горных поропах метопом нейтронногоанапиза.《ж.Аналцмцческоü хцmu》，12，No 3,1957 r.

[4]Христианов В.К.，Панов Г.И.чернова А.А.，Определение содержаниябора нейтронным мегодом вполевых условиях.《Геохцмця》，No2,1957 г.

[5]Якубοвич А.А.，установка типа《Нейгрон》для опрелеленияконцентрации бора в образдах горныхnoрол《ьюллеемнь научно－мехнцческоüцнформаццu》，No 3,（20）, 1959 г.

НЕЙТРОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ БОРА В ОБРАЗЦАХ ГОРНЫХ ПОРОД

Чжан Юй－цзюнь

（Инonumym развеəочноü zеофцзцλц мцнцсцсерсмва zеолоzцц КНР）

Резюме В данной работе привелены результаты исслелований нейтронного методаопределениябора в образцах горныхпород.Основой метояаявпяетсяяислользованиевысокогосеченияпоглощенидмедленных нейтроновяпрами бора.Длдпроведенидопыга была изготовленаспециальнаяустановка，в которую входят полонево－бериллиевый источник нейтроно вактивностью 10⁶Нейтр./сек.，парафиновый замедлигель и прибордля регистрации медленныхнейтронов.В качестве детектора нейтронов применяются два пропорциональных счётчика，Наполненных трехфгористым бором，оботащенным изотопом B¹⁰.Сушность методики анализазаключаетсяв относительных измерениях степенейуменышенияинтенсивности нейтронного потокапри пропускании медленных нейтронов черезисследуемуюи зталоннуюпробы при одинаковыхгеометрических условиях.Порог чувствительность метода составлηет 0.05%B₂O₃при навеске проб100 г.

原載《地球物理學報》，1962，№.1.

Ⅲ 放射工作人員個人劑量監測技術服務機構資質審定條件儀器設備條件

在申請個人劑量監測技術服務機構資質時，首要條件是具備所申請項目所需的必要儀器設備和配套設備。針對不同的監測類型，具體要求如下：

1. 對於X、γ、β外照射監測，必要設備包括：

• 熱釋光劑量儀或其他測讀裝置


• 熱釋光劑量計元件或其它劑量計元件


• 退火裝置或其他測讀附屬裝置


• 數據處理計算機系統


• 共享的劑量計元件照射系統

2. 中子個人劑量監測需准備：

• 徑跡片式的中子個人劑量監測元件


• 顯微鏡或其他測讀裝置


• 蝕刻裝置（如水浴鍋）


• 數據處理計算機系統

或者選用組合設備，如熱釋光劑量儀和中子專用熱釋光劑量計元件。

3. 內照射個人劑量監測則要求有：

• 體外測量譜儀（可共享）


• 低本底α、β測量儀


• 低本底α能譜儀（共享）


• 液閃測量儀（共享）


• 樣品處理裝置如灰化設備


• 內照射監測所需的其他專用儀器

所有儀器設備應滿足工作需求，性能穩定，量程和精度達標，並保持良好運行狀態。定期進行計量檢定，設備上需有檢定標識。若無檢定規程，需制定自定義校驗方法並確保定期校驗。

最後，儀器設備的操作規程也必須完整，確保所有操作人員能夠正確、安全地使用這些設備進行個人劑量監測服務。

《放射工作人員個人劑量監測技術服務機構資質審定條件》，衛生部根據《放射工作人員職業健康管理辦法》（衛生部令第55號）的有關規定而制定。該審定條件涉及：機構條件、人員要求、儀器設備條件等方面內容的要求。

Ⅳ 中子庫是什麼意思

中子庫是指儲存中子的地方，是核技術中非常重要的組成部分。以下是關於中子庫的詳細解釋：

• 主要構成：中子庫內主要含有中子源、控制裝置和防護層。中子源是中子庫的核心，用於產生中子；控制裝置用於調節中子的產生和釋放；防護層則用於保護操作人員和設備免受中子輻射的傷害。

• 中子利用：中子庫中的中子在核反應堆、中子源和其他核技術相關設備中得到廣泛利用。例如，在核反應堆中，中子用於維持鏈式反應；在中子源中，中子則用於各種科學實驗和測量。

• 安全與維護：中子庫的建設需要高度的技術和安全要求。為確保中子庫運行的安全性和穩定性，需要對其進行每日的巡檢和檢修。此外，對中子庫進行升級改造也是非常必要的，以提高其可用性和效率。

• 重要性：中子庫已成為核技術應用領域中不可缺少的一環，對於新技術的研究和應用進程起到了不可替代的作用。中子庫的安全、穩定和高效運行對於整個核技術產業都有著巨大的影響。

• 發展前景：在綠色環保與高效能源的大背景下，中子庫的應用和發展前景非常廣闊。中子庫在核能、核醫學、材料科學等領域都有著重要的應用潛力，值得業界和學術界共同關注和研究。