中子能谱测量的反冲质子探测系统设计

王冠鹰++欧阳晓平++颜俊尧

摘 要：中子与氢原子核的弹性散射产生反冲质子是最重要、最基础、最常用的中子探测机制。反冲质子探测系统设计的基本任务是合理选择适合的参量，确保探测系统性能最优。该文利用Geant4模拟程序建立相关模型，确定了聚乙烯靶的厚度，研究了屏蔽体的几何参数、探测器的相对位置等参量对探测系统的影响，并得到了反冲质子产生时和出射时的能量、角度分布，以及0°和30°两个方向的微分分布。该工作对反冲质子法测量中子能谱研究具有重要的意义。

关键词：中子能谱 反冲质子法 优化设计 Geant4

中图分类号：TL816 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（c）-0010-05

Design of Recoil Proton Detection System for Neutron Energy Spectrum Measurement

Wang Guanying1 Ouyang Xiaoping1，2 Yan Junyao1

（1.North China Electric Power University，Beijing，102206，China； 2.Northwest Institute of Nuclear Technology，Xian Shaanxi，710024，China）

Abstract：It is the most important， the most basic andmost commonly neutron detection mechanism that elastic scatteringbetween hydrogen nuclei and neutron produces recoil proton. The basic task of system design is to find the appropriate parameters to ensure the optimal performance.In this paper，we established the correlation model by Geant4 simulation toolkit， determined the thickness of polyethylene target， and discussedthe effect of the shield geometric parameters and the detector relative position on the detection system. The angular distribution and energy spectrum of recoil proton at the moment when it is just generated and ejectionare obtained， as well as the recoil proton differential distribution in 0°and 30°are obtained. This work is great significance to the study of neutron spectrum measurement by recoil proton method.

Key Words：Neutron energy spectrum；Recoil proton method；Optimal design；Geant4

中子是輻射场最重要的探测对象之一，核裂变和聚变反应等原子核结构的变化都会释放出中子，中子是核反应的直接参与者，也是核反应过程信息的重要携带者[1]。能谱是表征辐射场特性的主要参数指标，是核辐射探测器的主要探测目标。中子本身不带电，反冲质子法是中子能谱测量的常用方法[2-4]，对于低强度宽脉冲中子辐射场能谱的高分辨率测量等飞行时间方法有困难的场合，仍然被广泛使用。

反冲质子探测系统设计的基本目的是合理选择适合的参量，确保有足够多的反冲质子可以进入探测器同时尽量减少其他射线进入探测器产生干扰。反冲质子的产额、能谱、角度分布是探测系统性能的重要参量。该工作利用Geant4模拟程序对反冲质子探测系统的设计进行了研……