[发明专利]一种自给能中子探测器静电效应的评估方法

说明书

一种自给能中子探测器静电效应的评估方法，步骤如下：(1)由蒙特卡罗程序模拟得到零时刻绝缘层电荷沉积速率V_q,dep,0(r,t)，并且此时电荷流失速率V_q,out,0(r,t)为零；(3)由V_q,dep,0(r,t)和V_q,out,0(r,t)得到零时刻电荷净沉积速率V_q,0(r,t)；(4)设定时间步长为Δt，将前一个时间点的电荷沉积速率、电荷流失速率作为当前时间点的初值，得到当前时间绝缘层电荷分布Q(r,t)；(5)根据Q(r,t)以及绝缘层体积获得绝缘层电荷密度ρ₀(r,t)，并拟合得到其解析式ρ(r,t)；(6)将ρ(r,t)代入泊松方程并求解，得到绝缘层电势与电场；(7)将电场加入蒙特卡罗模拟过程中得到当前时间点新的电荷净沉积速率，并重复步骤(4)‑(7)，直到得到稳定的电荷净沉积速率V_q(r,t)；(8)若V_q(r,t)满足收敛要求则输出电场与电势，否则重复上述步骤。

技术领域

本发明属于中子探测技术领域，具体涉及一种自给能中子探测器静电效应的评估方法。

背景技术

自给能中子探测器一般由发射极、绝缘层以及收集极组成。发射极一般采用中子俘获截面较大的材料，中子与发射极材料反应生成的射线在发射极或者绝缘层中产生的次级电子到达收集极产生电流，从而实现对中子通量的测量。绝缘层的材料一般具有良好的电绝缘性质，并且耐高温高压、耐强辐照。收集极的作用是接收从发射极或绝缘层中发射出来的电子，材料要具有耐高温高压、耐腐蚀的特性，并且在高温下形变要小，以保证自给能中子探测器具有稳定的机械结构。

运动至绝缘层的电子可能会因能量不足而停留到绝缘层中或者绝缘层中的电子被电离离开原位而在原位留下正电荷，由于绝缘层的导电性很差这些电荷不能及时流走就会累积起来，由此产生的电场会影响后续电子在绝缘层中的输运，从而影响探测信号，称为自给能中子探测器的静电效应。因此，在建立自给能中子探测器响应计算模型时，应该把静电效应考虑进去。

目前国内外学者对自给能中子探测器的响应做过很多理论研究与实验研究，得出了很多成果，同时也有一些不足：1)大多数理论模型研究中考虑了静电效应，但是绝缘层中静电荷的分布均来自于假设，并且没有考虑绝缘层材料的电阻率以及堆内探测器附近真实射线通量密度，因此以这种假设形式考虑静电效应没有任何实际意义；2)通过建立数值计算模型，可以较好地模拟自给能中子探测器的响应，但是相关文献在探测器数值模型中并没有考虑静电效应，因此这样的计算模型是不完备的。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自给能中子探测器静电效应的评估方法，对绝缘层中由于静电荷沉积而存在的静电场与静电势做定量描述，能够定量研究静电效应对自给能中子探测器性能的影响，更好地指导自给能中子探测器在实际中的应用。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种自给能探测器静电效应的评估方法，包括如下步骤：

步骤1：给出实际反应堆中自给能中子探测器附近的中子-光子源分布，作为蒙特卡罗程序的输入；由蒙特卡罗程序模拟自给能中子探测器内的粒子输运过程，得到单位时间内自给能中子探测器发射极单位平均中子、光子通量密度下自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处的电荷沉积速率分布v_q，dep(r，t)；

步骤2：将反应堆内实际自给能中子探测器发射极平均中子通量密度φ_n，emi、平均光子通量密度φ_γ，emi以及步骤1中得到的单位时间内自给能中子探测器发射极单位平均中子、光子通量密度下自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处的电荷沉积速率分布v_q，dep(r，t)代入公式(1)，得到零时刻对应自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷沉积速率分布V_q，dep，0(r，t)；