自給能中子探測器

自給能中子探測器是按照核電池的原理工作的。這種中子探測器回響速度快、體積小、能夠耐受反應堆堆芯裡面的強輻射環境。自給能中子探測器無須外加電壓進行電離，因此無需氣體空間，故命名為自給能探測器。

圖6-66自給能中子探測器

自給能中子探測器是按照核電池的原理工作的。這種中子探測器回響速度快、體積小、能夠耐受反應堆堆芯裡面的強輻射環境。自給能中子探測器無須外加電壓進行電離，因此無需氣體空間，故命名為自給能探測器。圖6-66是自給能探測器的原理圖。

中心的金屬線通常採用鈷、鎘、銠、釩等金屬，它們吸收中子後會發生β衰變，釋放出電子，由於電子的不斷釋放，金屬線內的正電荷不斷積累，從而在電阻上產生一個正的電壓，通過電位計可以直接測量到這個電壓。也可以用電流計測量釋放出電子形成的電流。

探測器套和中心金屬線之間要很好地絕緣，通常採用氧化鎂絕緣。這種探測器可以做得很小，直徑可以到1~3mm，長度可根據需要設計。

自給能探測器有兩個很重要的優點：首先，測量十分簡單，只需要一個電位計就可以；其次，中心金屬線壽命很長（和塗硼或者塗U相比較）。但也有一個缺點，那就是β衰變是有半衰期的，因此測量到的值在時間上會有所滯後。探測器的輸出電壓和中子通量的關係為

V（t） = I（t）R = KsqNj（1-e）R

其中，K是一個由探測器形狀和材料決定的常數；s是發射體材料的熱中子吸收截面，cm^2；q是發射體β衰變所發射的電荷，C；N是發射體的總原子數目；T是發射體β衰變的半衰期，s；j是中子注量率，n/（cms）。

例如常用的釩，用的是V吸收一個中子後成為V（吸收截面是4.9b），V的β衰變半衰期是226s。這就意味著需要大約4分鐘才能達到穩態值的63%。銠的情況稍微好一點，Rh的吸收截面是150b，吸收中子後的Rh有兩種反射性同位素，基態Rh（占92.7%）的半衰期是42s，亞穩態的Rh（占7.3%）的半衰期是264s。鈷和鎘應該可以彌補這個問題，因為它們的子體的半衰期大約只有10s，因此基本上是瞬時測量的。

釩自給能探測器由於吸收截面比較小，因此一般做成比較長的探測器。所以經常用於探測徑向功率分布，而對於軸向分布的解析度較差。而銠自給能探測器由於截面大，可用於軸向分布的探測。

還有一種自給能探測器利用γ射線而不是β衰變，這種探測器的組成結構和β衰變中子探測器差不多，如圖 所示。

鉑金式自給能中子探測器

這種探測器的工作原理是，發射體原子核（Pt）俘獲中子後形成處於激髮狀態的複合核，複合核在退激過程中發射γ射線，利用γ射線與探測器材料的相互作用，得到自由電子。由這些自由電子形成的電流與中子注量率成正比關係。這種探測器的特點是回響速度快，可用於功率調節和保護，但它的缺點是對中子和γ射線都敏感，所以測量中子注量率的精度受到當地γ射線的影響比較大。

裂變室是利用U的裂變反應來測量中子的。裂變室在結構上和電離室差不多，只是塗層不採用硼，而是採用U塗層。U吸收中子發生裂變反應後，兩個裂變碎片會向兩個相反的方向運動。因此必定會有一個碎片進入氣體空間，而另一個碎片留在壁面。裂變碎片的動能十分巨大，會產生大量的電離。這個特點使得裂變室探測器不但可以用於核電廠的功率量程探測，還可以用於源量程和中間量程的探測。

活化片法的原理是向堆內同時放入很多小的活化片（可以放在不同區域的多個位置），等待一段時間，待充分活化後，迅速取出來測量活度。活化片法要求活化片材料的截面數據要事先得到。活化片法還能夠用於測量中子的能譜，這時需要在活化片外圍包一層禁止層，禁止掉特殊能量的中子，例如鎘可以很好地禁止掉熱中子。

光學膠片也可以用於測量輻射，例如X光成像，輻射強的區域顏色更深。還可以用各種過濾片過濾掉特殊類型的射線，以便測量能譜。