一种用于测量高注量率热中子裂变电离室的靶结构
阅读说明：本技术 一种用于测量高注量率热中子裂变电离室的靶结构 (Target structure for measuring high-fluence thermal neutron fission ionization chamber ) 是由 李立华 莫玉俊 李玮 刘蕴韬 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于测量高注量率热中子裂变电离室的靶结构,包括铀靶、衬底和效率调节机构,其中所述铀靶包括底衬和位于底衬中间的靶物质,所述衬底的中心设置有贯穿孔；所述衬底沿远离所述贯穿孔的径向依次设置有第一台阶、第二台阶；所述第一台阶用于放置所述铀靶,所述第二台阶用于放置所述效率调节机构；所述效率调节机构的中心设有中间孔,可根据需要调换具有不同中间孔径大小的效率调节机构。本发明通过效率调节机构可减小铀靶靶物质有效半径的大小,进一步降低了裂变电离室的效率。(The invention provides a target structure for measuring a high-fluence thermal neutron fission ionization chamber, which comprises a uranium target, a substrate and an efficiency adjusting mechanism, wherein the uranium target comprises a bottom lining and a target substance positioned in the middle of the bottom lining, and a through hole is formed in the center of the substrate; the substrate is provided with a first step and a second step in sequence along the radial direction far away from the through hole; the first step is used for placing the uranium target, and the second step is used for placing the efficiency adjusting mechanism; the center of the efficiency adjusting mechanism is provided with a middle hole, and the efficiency adjusting mechanisms with different middle hole diameters can be changed as required. The invention can reduce the effective radius of the uranium target material through the efficiency adjusting mechanism, and further reduces the efficiency of the fission ionization chamber.)
技术领域
本发明涉及核裂变测量技术领域，具体而言，涉及一种用于测量高注量率热中子裂变电离室的靶结构。
背景技术
中子诱发U-235裂变可以使裂变碎片获得168MeV以上的动能，同时，裂变碎片中的重带电粒子与靶物质的相互作用较强，重带电粒子能量较高时，靶物质的核外电子对重带电粒子的阻止本领表示为式(1)：
式(1)中：
z—表示入射粒子的电荷数；
e—基本电荷值；
N—单位体积内靶原子数；
Z—靶物质的原子核数；
m0—自由电子质量；
v—入射粒子速度；
I—表示靶物质的原子的平均激发和电离能；
β—表示v/c；
C/Z—表示壳修正项。
在重带电粒子能量较低时，靶物质的核外电子对重带电粒子的阻止本领表示为式(2)：
式(2)中：
a0—表示玻尔半径；
v0—表示玻尔速度。
此外，靶物质的原子核对重带电粒子的阻止本领可表示为式(3)：
式(3)中：
m2—表示靶物质的原子核质量；
a—靶物质的原子半径；
R0—入射粒子与靶物质的原子核的最近距离。
公式(1)(2)(3)参见参考文献【原子核物理实验方法，吴治华，赵国庆，陆福全等。北京：原子能出版社，1997:296-299】。
由式(1)、式(2)、式(3)可知，无论是重带电粒子能量较高还是能量较低时，重带电粒子与靶物质的相互作用都与重带电粒子的电荷成正关系，因此，无论从重带电粒子的动能还是重带电粒子与靶物质的相互作用来看，重带电粒子在电离气体中沉积的能量远大于靶物质衰变放出的粒子沉积的能量；对于铀靶来说，即重带电粒子在电离气体中沉积的能量远大于U同位素衰变放出的alpha粒子(小于4.8MeV)沉积的能量，更远大于其他本底物质沉积的能量，因此，U-235裂变电离室是非常好的中子探测器。
传统的铀靶是把铀物质镀在铂金衬底上，如附图图2所示，图2中小圆部分为铀物质，大圆部分为铂金衬底。
根据中子与U-235的裂变截面的特性曲线，如附图图1所示。在低能区由于中子与U-235的裂变截面较大，又因为镀靶工艺为了把铀物质镀在衬底的中心区域，因此，工艺上会在衬底的中心用聚四氟乙烯做成一个准直孔，为不影响电镀时的电场，准直孔的直径一般在1cm以上，同时，电镀靶的有效厚度一般大于10μg/cm2。因此，在用U-235裂变电离室测量高注量(大于109cm-2s-1)中子时，容易造成计数率较高，导致探测器“堵死”的情况。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是设计一种靶结构，降低裂变电离室探测热中子的效率，降低裂变电离室测量热中子的计数率，避免探测器“堵死”的情况。
本发明提供一种用于测量高注量率热中子裂变电离室的靶结构，包括铀靶、衬底和效率调节机构，其中所述铀靶包括底衬和位于底衬中间的靶物质，所述衬底的中心设置有贯穿孔；
所述衬底沿远离所述贯穿孔的径向依次设置有第一台阶、第二台阶；
所述第一台阶用于放置所述铀靶，所述第二台阶用于放置所述效率调节机构；
所述效率调节机构的中心设置有中间孔，可根据需要调换具有不同中间孔径大小的效率调节机构。
进一步地，所述衬底的厚度为0.7-0.9mm；
优选地，衬底的厚度为0.8mm。
进一步地，所述贯穿孔的半径是16-18mm；
优选地，贯穿孔的半径为17mm。
进一步地，所述第一台阶的高度是0.1-0.3mm；
优选地，第一台阶的高度为0.2mm。
进一步地，所述铀靶的半径是17-19mm，厚度是0.2-0.4mm；
优选地，所述铀靶的半径是18mm，厚度是0.3mm。
进一步地，所述第二台阶的高度是0.45-0.65mm；
优选地，第二台阶的高度为0.55mm。
进一步地，所述效率调节机构的半径是18-20mm，厚度是0.15-0.35mm；
优选地，所述效率调节机构的半径是19mm，厚度是0.25mm。
进一步地，所述效率调节机构的材料为无氧铜。
进一步地，所述靶物质的材料为浓缩铀，所述底衬的材料为铂金。
进一步地，所述衬底的材料为无氧铜。
本发明的效果表示为效率降低的倍数，U-235裂变电离室的效率比可以表示为靶物质裸露在电离气体中的有效面积比。传统铀靶的准直孔半径为12.5mm，本发明靶结构的效率调节机构中心孔半径为2.5mm，则采用传统铀靶的裂变电离室效率与本发明靶结构的效率比为：如果进一步减小效率调节机构中间孔的孔径大小，如减小为半径0.5mm，则采用本发明靶结构的裂变电离室的效率是传统铀靶的
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过效率调节机构可减小铀靶靶物质有效半径的大小，进一步降低了裂变电离室的效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为中子与U-235的裂变截面的特性曲线图；
图2为现有技术的铀靶的结构示意图；
图3为本发明实施例的衬底结构示意图；
图4为本发明实施例的效率调节机构的结构示意图；
图5为本发明实施例靶结构的总体结构(不含铀靶)示意图。
附图图中标记表示为：
1、衬底；11、贯穿孔；12、第一台阶；13、第二台阶；2、铀靶；21、靶物质；22、底衬；3、效率调节机构；31、中间孔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明实施例作具体的阐述：
具体如图2-图5所示，本发明实施例提供一种用于裂变电离室的靶结构，包括铀靶2、衬底1和效率调节机构3，其中所述铀靶2包括底衬22和位于底衬中间的靶物质21，所述衬底1的中心设置有贯穿孔11；
所述衬底沿远离所述贯穿孔的径向依次设置有第一台阶12、第二台阶13；
所述第一台阶12用于放置所述铀靶2，所述第二台阶13用于放置所述效率调节机构3；
所述效率调节机构3的中心设置有中间孔31，本发明可以提供多个具有不同中间孔径大小的效率调节机构，可根据需要调换效率调节机构，从而调节效率调节机构中间孔31的大小。
所述衬底1的厚度为0.7-0.9mm；
优选地，衬底1的厚度为0.8mm。
所述贯穿孔11的半径是16-18mm；
优选地，贯穿孔11的半径为17mm。
所述第一台阶12的高度是0.1-0.3mm；
优选地，第一台阶12的高度为0.2mm。
所述铀靶2的半径是17-19mm，厚度是0.2-0.4mm；
优选地，所述铀靶2的半径是18mm，厚度是0.3mm。
所述第二台阶13的高度是0.45-0.65mm；
优选地，第二台阶13的高度为0.55mm。
所述效率调节机构3的半径是18-20mm，厚度是0.15-0.35mm；
优选地，所述效率调节机构3的半径是19mm，厚度是0.25mm。
所述效率调节机构3的材料为无氧铜。
所述靶物质21的材料为铀，所述底衬22的材料为铂金。
所述衬底1的材料为无氧铜。
本发明的效果表示为效率降低的倍数，U-235裂变电离室的效率比可以表示为靶物质裸露在电离气体中的有效面积比。传统铀靶的准直孔半径为12.5mm，本发明靶结构的效率调节机构中心孔半径为2.5mm，则采用传统铀靶的裂变电离室效率与本发明靶结构的效率比为：如果进一步减小效率调节机构中间孔的孔径大小，如减小为半径0.5mm，则采用本发明靶结构的裂变电离室的效率是传统铀靶的
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过效率调节机构可减小铀靶靶物质有效半径的大小，进一步降低了裂变电离室的效率。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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