用兰州重离子加速器(HIRFL)进行核物理实验时, 很多情况下是将某种离子束去轰击某种靶子产生核反应, 测量某些核物理参数。核物理实验人员关心的是测量参数的精确性, 故常常采用薄靶。因此, 在靶上因参加核反应而损失的束流极少, 绝大部分穿过靶子被后面的法拉第筒吸收。而辐射防护人员关心的是在这个束流全部损失的系统周围产生的中子、γ辐射场。测量这个辐射场可为现场的辐射防护提供依据。

1 仪器与方法 1.1 方法

测量¹²C和²⁰Ne两种束流打不同靶子时实验系统周围中子、γ辐射场的情况。7MeV A的¹²C和5.6M eV/A的²⁰Ne束都是由离子源(ECR)+注入器(SFC)加速后经过直通管道直接进入实验大厅的T_R2终端。使用¹²C束时, 靶子为Au; 使用²⁰Ne束时, 一种靶子为Tb, 另一种靶子为Ta。所有靶子厚度都在10 mg/cm²以下, 即全是薄靶。

1.2 测量仪器

测量中子剂量率用英国Nuclear Enterprises Ltd生产的NM 2型中子监测仪(Neutron Monitor), 从热中子到14MeV范围内, 仪器为rem响应, 经过刻度。由于γ辐射场很弱, 测量γ射线的剂量率采用较灵敏的FD -71A型晶体管小型闪烁辐射仪。它能测量35keV以上的γ射线, 经过刻度。此次测量中, 由于入射离子本身能量很低, 产生的中子、γ量子能量也不高, 主要是形成复合核后蒸发的中子, 只有几个MeV, 所以上述仪器是适用的。

2 测量结果

测量结果如图 1、图 2所示。

3 讨论

(1) 从图 1 图 2看出, 无论中子还是γ剂量率, 都有类似的趋势。它们随距离的增大而降低。它们与入射离子每核子能量的关系明显。能量越高, 单位流强产生的剂量当量率越大。反之越小。

(2) 由测量结果(图 1、图 2)可看到, 低能重离子核反应在实验系统周围产生的剂量当量率主要来自中子。在本实验中, 对¹²C束而言, 中子剂量当量率约是γ剂量当量率的111倍, 亦即中子对总剂量当量率的贡献约占99%, γ对总剂量当量率的贡献仅约占1%。对²⁰Ne束而言, 中子剂量当量率约是γ剂量当量率的33倍, 亦即中子对总剂量当量率的贡献约占97%, γ对总剂量当量率的贡献仅约占3 %。同时说明, 入射离子能量越高, 辐射场中中子剂量所占份额越大。

(3) 重离子核反应出射的中子角分布随入射离子能量不同有很大差异。能量高, 沿0°方向呈现明显的前冲形状。能量低, 则趋于各向同性。对于7MeV/A¹²C和5.6MeV/A²⁰Ne这种能量很低的离子束引起的核反应, 其中子大多是形成复合核后发射的2~ 3MeV左右的蒸发中子。这种中子的发射基本上是各向同性的。