基于中子-中子角关联的核材料质量快速表征新方法研究

《Radiation Measurements》：Using neutron-neutron angular correlation as a complementary observable in the fast neutron multiplicity counting for low-quality nuclear materials

本文创新性地将中子-中子角关联测量与快中子多重性计数（FNMC）技术相结合，通过量化裂变中子各向异性（180°/90°符合计数比）与泄漏倍增系数（ML）的拟合关系，显著提升了核材料有效质量的测定精度。该方法利用闪烁体探测器阵列同步获取中子时间与角度信息，通过Geant4模拟验证表明，其测量偏差显著低于传统FNMC方法，为低富集度核材料的无损检测提供了新思路。

　　

^重点内容

^{原理与模型}

作为核材料的辐射产物，裂变中子携带时间、能量和角度等信息。它们无需慢化材料即可被闪烁探测器探测，极大保留了裂变中子时间、能量和角度的真实性。通过分析裂变中子的时间关联和角关联，可以推断核材料的不同性质，如图1所示。该模型基于...

^{角分布模拟}

模拟裂变关联辐射可以通过对裂变碎片动量分布进行采样来实现。这种裂变反应事件产额算法（FREYA）能够模拟传统中子蒙特卡罗程序无法预测的关联效应，并可集成到蒙特卡罗模拟程序MCNP6.2和Geant4.10中。对于特殊核材料，诱发裂变概率会随材料的体积、形状和密度而变化...

^{各向异性与倍增系数的拟合}

倍增系数表征核材料中子产生活跃程度，可分为总倍增系数（M_T）或泄漏倍增系数（M_L）。M_T定义为样品中产生的中子总数与初级中子数之比，M_L定义为从样品中泄漏的中子数（N_Leakage）与初级中子数（N_Primary）之比。本文涉及的倍增系数M特指...

^{结果与讨论}

通过前期研究发现，核材料中的中子-中子角关联与中子倍增存在内在联系。采用非线性拟合可获得各向异性与泄漏倍增系数的拟合关系。经验证，泄漏倍增系数的计算值与理论值偏差极小，表明...

^结论

快中子多重性计数是重要的无损检测技术，在核材料性质验证中发挥关键作用。但由于模型中的理想化假设，核材料质量的测量结果与真实值间始终存在偏差。使用闪烁体阵列探测时，既可保留裂变中子的时间和角度信息，又能同步实现中子多重性和角关联测量...