1 大连理工大学大连 116024
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所绵阳 621900
3 中山大学广州 519082
4 中国工程物理研究院 研究生院绵阳 621900
基于快中子技术的无损检测方法能够在不对检测物造成影响的情况下，发现其隐藏的危险品。利用D-T反应时伴随中子产生的反冲α粒子对有效中子进行标记，可大幅提高中子探测信噪比，同时通过空间分辨α粒子还可以获得被检测对象特征元素的空间信息，所以基于伴随α粒子的中子检测方法在安检领域具有重要的应用前景。本文简单介绍了基于伴随α粒子中子检测方法的原理和系统组成，并对系统的中子管、α粒子探测器和γ探测器等关键部件进行了介绍，接着介绍了目前世界上正在研究的伴随α粒子中子检测系统及其进展，最后对这种检测方法进行了展望。
安全检测 伴随粒子 中子管 α粒子探测器 γ探测器 Security check Associated particles Neutron tube Alpha particle detector Gamma detector
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621999
基于一维弹塑性磁流体力学程序（SSS-MHD），研究了反场构型（FRC）等离子体靶在磁驱动固体套筒压缩过程中强磁场对α粒子能量约束效应，分析了α粒子的非局域和局域自加热对FRC等离子靶压缩峰值温度的影响，以及α粒子能量在整个压缩过程中端部损失效应。等离子体部分采用多温单流体的模型，能量的计算中引入了DT离子、电子及α粒子多成分温度的能量方程，同时考虑了等离子体压缩过程热平衡下的核反应和非局域自加热问题。研究结果表明，磁化靶聚变等离子体在压缩过程中具有较好的稳定性，能够保持刚性转子的靶结构，压缩过程形成的强磁场能够将α粒子的能量约束在O点附近的区域，有利于等离子体靶的点火及燃烧；α粒子对等离子体的自加热效应主要集中在等离子体电流中心区，而非等离子体中心轴处；α粒子对DT等离子体局域和非局域自加热过程存在差异，局域自加热过程的功率大于非局域自加热过程的功率，FRC等离子靶压缩峰值状态温度相差0.5倍。在反场构型的刮离层区，α粒子的能量端部损失在FRC等离子体靶的压缩和膨胀过程中逐渐增大。
固体套筒内爆 强磁场 α粒子 端部效应 imploding of solid liner compressed magnetic field alpha particles end effect 强激光与粒子束
2019, 31(12): 125002
1 四川大学 物理系, 成都 610064
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 兰州大学 第二医院, 兰州 730000
用α能损法测量薄膜厚度及其厚度分布的均匀性是一种有效的新方法，但这种测量必须在真空室内进行，如何恰当地选择真空度对于提高测量精度和降低真空系统的建造成本都具有重要意义。通过采用SRIM软件模拟5.486 MeV α粒子在空气中的阻止本领，计算出在不同真空度时，从241Am源发出α粒子穿过不同距离达到探测器时的能量损失，得到α粒子能量损失与真空度的关系。根据这一关系，结合所建α能谱仪在测量过程中的稳定性和重复性，建立了用α粒子测量薄膜厚度所需真空度的确定方法，并用这一方法得到了在源与探测器距离为2~8 cm时，小于100 Pa的真空度能完全满足测量要求的结果。
α粒子 能量损失 真空度确定方法 薄膜厚度 α-particles energy loss vacuum degree determination film thickness 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28084002
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 脉冲功率科学与技术重点实验室， 四川 绵阳 621999
基于单粒子理论模型及积分算法，编写了单粒子轨道数值模拟程序——ALFA，分析了柱形和球形两种边界位形磁化等离子体靶中非热α粒子通过库仑碰撞对D-T等离子体加热的能量沉积率。在均匀背景磁场及相同的D-T等离子体密度、温度条件下，柱形边界中非热α粒子能量沉积率比球形边界更高。在相同等离子体温度及密度条件下，α粒子的能量沉积率随磁场的增大而增大，但计算结果表明，磁场的有效作用区域存在明显的上下限值，当等离子体内磁场小于下限阈值时，磁场增加对α粒子能量沉积率的提高贡献不大，而且当等离子体内磁场超过上限阈值后，磁场再增加对提高α粒子能量沉积率的作用也不明显。对不同几何尺寸的磁化等离子体靶，磁场有效作用区域的上下限值不同，靶尺寸越大，相应的上下限阈值越小。提高等离子体密度，可增加α粒子能量沉积率，也能降低磁场有效作用区域的上下限阈值。
磁化等离子体靶 D-T等离子体 非热α粒子 能量沉积 端部损失 magnetized plasma target D-T plasma non-thermal alpha particle energy deposition end lose 强激光与粒子束
2014, 26(3): 035002
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
为了解决伴随粒子法瞬发γ能谱实验中随机γ本底的影响，通过实验研究了“标记”中子和非“标记”中子与物质作用产生的瞬发γ信号和随机γ本底信号。对不同情况随机本底γ谱测量进行了分析，提出了小尺度样品和大尺度样品本底测量方式。研究表明:对小尺度样品,可以通过去掉样品，选择与有样品测量的γ谱相同的时间窗进行本底测量；对于大尺度样品，可以通过在随机本底范围选取时间窗进行本底测量。
D-T中子源 伴随α粒子技术 特征瞬发γ γ本底 D-T neutron source associated alpha particles technique prompt gamma-rays gamma background 强激光与粒子束
2013, 25(11): 3045
1 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所， 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 中子物理重点实验室， 四川 绵阳 621900
3 四川大学 物理科学与技术学院， 成都 610064
4 四川大学 原子核科学技术研究所， 辐射物理及技术教育部重点实验室， 成都 610064
以SiC二极管和中子转换材料6LiF为基础，研制了SiC基中子探测器，并用241Am源与临界装置分别研究了SiC基中子探测器的α粒子响应、热中子响应。结果表明：SiC基中子探测器能够满足241Am源α粒子的计数测量，但由于SiC二极管灵敏区薄，故不能用于5.48 MeV的α粒子能谱测量；SiC基中子探测器对热中子响应良好，不同功率下，脉冲幅度谱中可清晰看到由6Li(n，α)3H的反应产物α粒子、3H粒子形成的双峰；脉冲幅度甄别法可将γ射线及电子学噪声甄别掉；在直接测量与符合测量中，SiC基中子探测器的计数率均与临界装置功率成线性关系，且直接测量的线性度比符合测量的线性度好，最好可达0.999 97。研究表明：降低肖特基接触金属的厚度、增加其外延层厚度、提高其外延层品质，可将SiC二极管用于带电粒子能谱测量。
SiC二极管 α粒子探测 中子探测 半导体探测器 SiC diode alpha particles detection neutron detection semiconductor detector 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2711
1 兰州大学 核科学与技术学院， 兰州 730000
2 南京航空航天大学 材料科学与技术学院, 南京 211106
在放射性免疫治疗以及硼中子俘获治疗(BNCT)等放射性治疗过程中，α粒子通过与人体组织材料相互作用产生次级δ电子将能量传递给人体组织，放射性核素在细胞尺度分布的不均匀性将严重影响靶区剂量分布。为深入了解放射性核素在细胞中不同位置分布对靶区剂量影响，采用基于历史凝聚算法的Monte Carlo 工具包Geant4编写了细胞S值计算程序。计算了2种细胞尺寸，12种α粒子能量，3种源分布方式的细胞S值，与医学内照射剂量(MIRD)委员会解析算法的计算结果进行对比，发现两者差异在1%以内。证明了Geant4在μm尺度下细胞剂量计算的可行性，并对BNCT治疗过程中产生的α粒子(1.47 MeV与1.78 MeV)的细胞S值进行计算。
微剂量 蒙特卡罗方法 α粒子 S值 硼中子俘获治疗 microdosimetry Monte Carlo method alpha particle S value BNCT 强激光与粒子束
2012, 24(12): 2970
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
对爆炸物检测中伴随α粒子技术的时间谱进行了研究, 建立了一套基于伴随α粒子技术的时间谱测量装置, 分析了影响时间谱分辨的若干因素。采用60 μm厚的铜箔设计了一个锥形准直筒对散射的α粒子进行屏蔽, 以500 g尿素为样品测量了α-γ符合时间谱。结果表明, α粒子在靶室内壁的散射是影响时间谱分辨的重要因素, 锥形准直筒抑制了与α散射相关中子产生的γ射线, 提高了α-γ符合时间谱的分辨。在有无锥形准直筒的条件下, 符合时间谱特征瞬发峰γ的半高宽分辨力分别为1.8 ns和6.4 ns。分辨力高的时间谱可用于获取爆炸物样品的特征瞬发γ能谱。
爆炸物检测 时间谱 伴随α粒子技术 氘氚反应 explosive detection time spectrum associated α particle technique deuterium tritium reaction 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2437
1 四川大学 物理学院,成都 610064
2 中国工程物理研究院 电子工程研究所,四川 绵阳 621900
为了研究6H-SiC材料制作的pn结二极管探测器的辐照特性,采用蒙卡程序模拟研究了4.3和1.8 MeV能量的α粒子在辐照探测器中的物理过程。介绍了二极管探测器的工艺制作和物理参数,根据其结构建立了仿真模型,利用蒙卡程序进行了α粒子照射的仿真研究。研究结果直观地反映了α粒子在探测器中的输运情况。α粒子在探测器中的辐射效应主要是电离作用,电离产生的电子-空穴对形成一定的分布。给出了α粒子在探测器中的电离能量损失分布及二极管探测器的电荷收集效率表达式。
二极管 α粒子 辐射效应 6H-SiC 6H-SiC diode alpha particles irradiation effects
1 中国工程物理研究院,研究生部,北京,100088
2 北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088
实现中心点火的基本条件是在内爆中心形成面密度0.3 g/cm2,温度10 keV的点火热斑.减速阶段流体不稳定性的增长,会破坏对称压缩,减小热斑体积,直接破坏点火热斑的形成,对点火构成威胁.在原有LARED-S程序的基础上,加入热核反应和α粒子加热过程程序模块,对直接驱动ICF球内爆过程进行数值模拟研究,1维模拟结果与NIF直接驱动点火靶的设计基本相符,显示α粒子加热对边缘点火起重要作用;2维模拟表明减速阶段流体不稳定性对点火有重要影响.
中心点火 α粒子加热 流体不稳定性 靶能量增益
