陆地宇宙射线的中子剂量测量与分析

　第４７卷第１２期

原子能科学技术Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１２　２０１３年１２月ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｃ．２０１３

陆地宇宙射线的中子剂量测量与分析

李桃生，周　波，颜　强，宫存溃，王庆宇

（哈尔滨工程大学核科学与技术学院，黑龙江哈尔滨　１５０００１）

摘要：本文基于多球中子谱仪的设计原理，加工单慢化球多计数器的中子测量探头，搭建多路测量装置，形成了以双球测量方式的少道解谱剂量估算模式，并对陆地宇宙射线的中子辐射场进行测试，得到哈尔滨地区中子所致年剂量约为７８μＳｖ／ａ。与多球中子谱仪的测量结果相比，中子注量率和中子周围剂量当量率的双球测量结果的相对偏差分别小于３％和１２％。

关键词：宇宙射线；中子探测；少道解谱；计数器

中图分类号：ＴＬ８１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００‐６９３１（２０１３）１２‐２３３１‐０５

收稿日期：２０１２‐０８‐２７；修回日期：２０１３‐０３‐２７

作者简介：李桃生（１９６５—），男，山西运城人，教授，博士，从事辐射探测技术研究ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０１３．４７．１２．２３３１

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＮｅｕｔｒｏｎＤｏｓｅｉｎＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＣｏｓｍｉｃＲａｙＬＩＴａｏ‐ｓｈｅｎｇ，ＺＨＯＵＢｏ，ＹＡＮＱｉａｎｇ，ＧＯＮＧＣｕｎ‐ｋｕｉ，ＷＡＮＧＱｉｎｇ‐ｙｕ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｎｅｕｔｒｏｎｍｕｌｔｉ‐ｓｐｈｅｒｅｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｗｉｔｈｍｕｌｔｉ‐ｃｏｕｎｔｅｒｉｎｓｅｒｔｅｄｉｎｔｏｓｐｈｅｒｅｍｏｄｅｒａｔｏｒｗａｓｍａｃｈｉｎｅｄ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｔｈｍｕｌｔｉ‐ｐａｔｈｏｆｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｗａｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｄｏｓｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｂｙｕｎｆｏｌｄｉｎｇｏｆａｆｅｗｃｈａｎｎｅｌｓｗａｓａｄｏｐｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｄｏｕｂｌｅ‐ｓｐｈｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎｅｕｔｒｏｎｆｉｅｌｄｏｆｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｃｏｓｍｉｃｒａｙｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｆｏｒｔｈｅｄｏｕｂｌｅ‐ｓｐｈｅｒｅ．Ｔｈｅａｎｎｕａｌｄｏｓｅｉｓａｂｏｕｔ７８μＳｖ／ａａｔＨａｒｂｉｎａｒｅａ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ‐ｓｐｈｅｒｅｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｓｏｆｎｅｕｔｒｏｎｆｌｕｅｎｃｅｒａｔｅａｎｄｎｅｕｔｒｏｎａｍｂｉｅｎｔｄｏｓｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｒａｔｅｆｏｒｄｏｕｂｌｅ‐ｓｐｈｅｒｅａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎ３％ａｎｄ１２％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｓｍｉｃｒａｙ；ｎｅｕｔｒｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｕｎｆｏｌｄｉｎｇｏｆａｆｅｗｃｈａｎｎｅｌｓ；ｃｏｕｎｔｅｒ

高能宇宙射线粒子与地球周围大气介质相

互作用后，较重的核在一次碰撞中碎裂为１个

以上较轻的核，较轻的核在下一次碰撞中又碎

裂为更轻的核，这样会产生大量的电子、γ射

线、中子、质子、π介子和μ子等。其中，中子剂

量贡献份额占宇宙射线所致剂量的约３０％，且

中子注量能谱很宽，至少跨越１１个量级［１‐２］。

现行单慢化体单计数器的便携带式中子剂

量仪相对能量响应波动较大，其变化范围在０畅２～６之间。为了应对高能中子的剂量测量，在单慢化体内内衬如铅、钨、镍和镉等金属材料［３］，利用重金属具有（ｎ，ｘｎ）较高的核反应截面，使测量能量上限达２ＧｅＶ，热中子～２ＧｅＶ范围内的中子剂量相对能量响应约０畅２～４畅５，但测量仪重达６０ｋｇ，可携带性差。为改善能量响应，研究者采用多计数器的测量方法，法国