CN100343694C - 使用脉冲模式离子室检测高能辐射的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量高能辐射通量的方法，包括：向离子室中的电极施加正电压，其中离子室中充满能够由高能辐射形成带电荷离子的气体；测量与正电压引起的离子电流相关的正离子电流信号；向电极施加负电压；测量与负电压引起的离子电流相关的负离子电流信号；和根据离子电流信号，确定高能辐射通量的大小。

Description

使用脉冲模式离子室检测高能辐射的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及高能辐射监视和检测，尤其涉及用于检测高能辐射的离子室。

背景技术

高能和电离辐射的检测器被用于各种应用场合。例如，这些检测器包括离子室，比例计数器，Geiger-Mueller(盖革-弥勒)计数器，和闪烁计数器。在它们之中，离子室通常用在中子检测器中。图1显示了用于中子检测的基本系统，其包括：靶室13、离子室14、和电子设备。中子源11产生快中子12。这些快中子12与靶室13中的氢原子核相互作用，直到它们的速度减小到靶的平均热速度。然后热(慢)中子从靶13散射到离子室14。

在常用的中子检测器中，离子室14中充满了气体(例如He-3)，该气体可以与热中子相互作用，以产生离子。当He-3原子吸收(俘获)热中子时，发生核反应并且反应产物是高速氚(H-3)原子和质子。这些高速粒子穿过气体，并将电子引入它们的尾流，从而产生等数量的正离子和负离子。当在离子室14中的电极15，16之间施加电势时，离子被移动到相反电荷的电极，并产生电流，该电流与转移的离子数量成正比。转移到电极的离子数量取决于它们的形成速度，进而取决于中子通量。因此，由离子室测量的离子电流可以用于推导出中子通量的大小。

然而，在这些过程中产生的离子电流极小(数量级为10^-12安培)，因此难以准确地确定中子通量。另外，在各种电子部件、电缆等中温度和湿度的变化能够进一步损害测量的精度。在野外条件下，这种情况甚至更糟，其中野外条件通常包括温度和湿度的大幅度变化。

而且，泄漏电流的不稳定性也能够明显降低重复测量的精度。泄漏电流是通过检测器系统的电流，它与通过离子室14的离子转移无关。泄漏电流可以是由于电缆、接线、部件中的寄生电流、放大器电路或其它部件的湿气沾污或许多其它因素所引起的。因此，泄漏电流取决于温度、湿度、部件的年代和许多其它因素的高度复杂函数。因为离子室中的离子电流的数量级为10^-12安培或更小，所以泄漏电流能够在总测量电流中占有重要部分，并且泄漏电流的任何变化能够明显地影响测量的精度。

尽管现有技术的离子室能够提供满意的测量，但是仍然需要一种离子室，该离子室能够提供更可靠和精确的高能辐射测量。

发明内容

本发明的一方面涉及用于测量高能辐射通量的方法，其包括：向离子室中的电极施加正电压，其中所述离子室中充满了能够通过高能辐射来形成带电荷离子的气体；测量与正电压所引起的离子电流相关的正离子电流信号；向电极施加负电压；测量与负电压所引起的离子电流相关的负离子电流信号；和根据离子电流信号，确定高能辐射通量的大小。

本发明的另一方面涉及一种用于测量高能辐射通量的系统，其包括：具有可电离材料的离子室，其中所述可电离材料能够被高能辐射通量电离，设置在离子室中的两个电极，和连接所述两个电极的电路，其中该电路构造成向所述两个电极提供交变极性驱动电压并测量这两个电极之间的电流。

通过以下的描述和附加的权利要求中，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。

附图的简要说明

图1显示了传统的中子检测系统；

图2显示了描述离子电流和施加到离子室的电压之间的关系的曲线图；

图3A显示了用于连续模式操作的现有技术的电路；

图3B显示了根据本发明一个实施例的用于脉冲模式操作的电路；

图4显示了根据本发明一个实施例的在脉冲模式操作中作为时间函数的电压曲线；

图5显示了根据本发明实施例的用于检测高能辐射的几种方法的流程图；

图6显示了根据本发明一个实施例在脉冲模式操作中作为时间函数的电压曲线；以及

图7显示了根据本发明实施例的用于检测高能辐射的几种方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于测量高能辐射的离子室。这里所用的“高能辐射”表示中子、X射线、伽马射线、α粒子和β粒子。为了便于清楚地描述，下面的描述使用用于中子检测的离子室作为例子；然而，本发明的实施例并非局限于此。根据本发明的实施例的用于中子计数的离子室以脉冲模式进行操作，这与传统的连续模式不同。

图1显示了用于中子检测的传统检测系统10。如图所示，中子源11产生快中子12，其中快中子12的一部分将散射到靶室13中，该靶室13中可以充满了含氢材料。“含氢材料”表示具有氢原子核的材料。中子源11不是检测系统10的一部分。快中子12与靶室13中的氢原子核碰撞。其质量接近于中子质量的氢原子核非常有效地减慢了快中子。作为与氢原子核相互作用的结果，快中子失去动能而成为较慢(热)中子。热中子被散射到离子室14中。离子室14中通常充满具有原子核的气体，所述原子核能够俘获热中子，并且在俘获中子后经历核反应。这类原子核包括：硼(B-10，例如，BF₃)、锂(Li-6)、氦(He-3)、铀233、铀235、和钚239。在它们当中，He-3气体的优点在于其具有较大的热中子横截面(5330靶恩)，因此它通常用于离子室中。下面的描述使用He-3作为例子。然而，本领域的普通技术人员应当理解本发明的实施例并非局限于此。实际上，本发明的实施例可以使用能够离子转移的任何气体或其它介质，它们在有关的高能辐射下能够产生离子。例如，本发明的一些实施例可以包括不形成气体化合物的易裂变同位素。在这种情况下，离子室14可以包括流体，该流体包括这类易裂变材料。应当注意：流体包括气体和液体。

如图1所示，常用的离子室14包括两个电极15、16，其中这两个电极15、16包括一对平行板或任何其它适宜的几何形状。电子模块17在电极15、16之间施加电势。尽管图中示出了盒状离子室，但是本领域的普通技术人员应当理解：可以使用各种结构的离子室。例如，离子室可以是圆柱体，其中一个电极设置在该圆柱体的内表面，另一电极设置在该圆柱体的轴线(中心)。离子室14中的He-3气体通常起到绝缘体的作用，因此在这两个电极15、16之间无电流(除了少量的泄漏电流)可被电子模块17检测。

当He-3原子吸收(俘获)热中子时，发生下述的核反应：

该核反应产生氚(H-3)原子和质子。He-3和H-3分别是氦和氢的同位素。该反应也释放大约764keV(即，Q值＝764keV)的能量，因此，产生的氚和质子带有高的动能。氚和质子以高速穿过气体，并将电子引入它们的尾流，从而产生等数量的正负离子。正负离子在气体中起到电荷载体的作用，而气体是绝缘体。

如果在电极15、16之间施加电势，正负离子将移动到具有相反电荷的电极15、16。该离子转移产生离子电流，其中可以通过电子模块17测量该离子电流。这些离子电流的大小与转移到电极的离子数量成正比(这些离子然后在电极处中和)。离子转移的数量反过来又与热中子通量成正比。因此，由电子模块17测量的离子电流能够用于推导出通过离子室14的热中子通量的大小。

在离子室中所产生的正负离子也可以再结合以形成中性物质。该再结合与离子转移到电极竞争，因此减小了离子电流的可测量大小。当没有在离子室两端之间施加电势时，就不会有离子转移，以及正负离子将最终再结合。当在电极15、16之间施加电势时，正负离子被引向相反方向，减小了再结合的可能性。如果施加到电极15、16之间的电势小，那么正负离子缓慢地移动到电极，导致更多的再结合。如果施加到电极15，16之间的电势大，则正负离子快速地移动到电极，导致更少的再结合。因此，施加到离子室的电势对可测量离子电流的大小产生直接的影响。

图2显示了测量的离子电流(I)作为离子室中两个电极之间施加电势(V)的函数的典型响应曲线。如图2所示，没有施加电势时没有净电流流过。在该条件下所产生的正离子和负离子将最终通过再结合而消失。当施加的电势增加时，正负离子快速地分离。结果，再结合减少，以及离子电流增加。在足够高的电势下，再结合将减少到一个可忽略的水平。在这种情况下，基本上所有形成的正负离子都移动到电极。进一步增加施加的电势将不会增加离子电流，这是因为电离过程限制了测量信号。在该“饱和”区域，离子电流的大小与电离速度成正比，而反过来电离速度又是中子通量的函数。传统的离子室就是在该饱和区域操作。

理论上，使用图1所示的传统离子室能够测量任何电流。然而，在实际应用中，离子电流非常小，数量级为兆分之一安培(10^-12A)或更小，使得难以获得准确的测量。另外，在各种电子部件、电缆等中的温度和湿度漂移进一步减小测量的精度。而且，在两个电极板(如15、16所示)之间通过绝缘体(例如，离子室中的He-3气体)发生的泄漏电流可能使测量复杂化。

图3A显示了可以用于操作离子室的传统电路31。如图所示，电容C表示室电容加上任何并联电容，以及V_R表示输出脉冲，其与负载电阻R两端之间的电压相关。当离子室中没有任何电离时，该信号电压为零(除了泄漏电流产生的小信号)，以及所有施加的电压V₀出现在电离室自身的两端之间。当发生电离时，离子电流将从其平衡值V₀而减小离子室电压。对应于离子室电压减小量的电压出现在负载电阻R两端之间。当所有离子都集中到电极时负载电阻R两端之间的电压达到其最大值。之后，离子室电压增加并最终返回到其平衡电压V₀。

在上述的传统设置中，离子室(或计数器)保持在平衡电压V₀(即，恒压模式)，从而它易于检测高能辐射的恒定通量(例如，图1所示的用于检测中子通量的离子室)或高能辐射的脉冲(例如，用于检测伽马射线的比例计数器或Geiger-Mueller计数器)。相比较，本发明的实施例以脉冲电压模式使用离子室，其中施加在离子室中电极两端之间的电势是脉冲调节的。也就是说，根据本发明实施例的离子室不保持在平衡电压。本发明的实施例可以使用离子转移驱动电压的脉冲(即，电压脉冲)来监视或测量中子通量或稳定状态下的其它离子产生。

图3B显示了可以与本发明的实施例一起使用的电路32。如图所示，除了图3B中的电压脉冲电路33代替了图3A中的恒压电源V₀之外，图3B中的电路32基本上与图3A中的电路31相同。电压脉冲电路33可以是本领域公知的或仍待发展的任何电压脉冲电路，该电压脉冲电路可以在选定的时间段内向离子室提供离子转移驱动电压(即，脉冲电压)。另外，电压脉冲电路33可以用于对离子室提供斜坡电压(或其它形状的电压脉冲)，这将在以后描述。

根据本发明的方法，如图4所示，离子转移驱动电压(即，施加到离子室中电极两端之间的电势)被施加，并在选定的时间段稳定，然后被断开。作为时间函数的电压曲线在图中表示为41，其可以分解为几个时间段。如图所示，在时间段42，当施加离子转移电压时离子转移驱动电压逐渐增加。在时间段43，驱动电压逐渐达到最大值。在时间段43期间，在施加驱动电压前由中子通量形成的离子室中带电荷的离子被引向带有相反电荷的电极，并产生离子电流。然后能够作为负载电阻R两端之间的电压信号(V_R)来检测该离子电流。应当注意：在时间段43期间所测量的电压信号(V_R)大小可能包括中子通量产生的离子电流和泄漏电流的所产生的电压信号的大小。

一旦完成离子电流测量(或者选定时间段之后)，施加到离子室中的电极的驱动电压被断开，这导致在时间段44内的电压衰减。驱动电压最终衰减到零。该衰减的速率由电路的时间常数RC决定。在时间段45驱动电压保持断开，其中在这期间，应当没有检测到来自离子转移的信号。

可以在时间段45进行另一测量。该测量对应于泄漏电流。在时间段43和45中获得的测量结果之间的差值可以用于推导出期望的测量结果-该电流仅是由于离子转移所产生，因此直接与通过离子室的中子通量相关。

可以在每个测量周期测量泄漏电流，使得泄漏电流参考值的持续时间仅仅是数秒或若干分之几秒。温度、湿度和长期漂移影响在更长时间尺度上操作，从而在测量结果之间保持基本恒定。因此，这些缓慢变化的影响在不同的测量结果之间被抵偿。由于泄漏电流的大小可以与离子转移电流处于同一数量级，所以从粗测量结果中减去泄漏电流可以为离子电流测量的再现性和精度带来巨大的提高。

本发明中用于离子转移测量的一些方法在图5中显示为流程图50。上述的方法对应图5中的方法B。方法B包括以下步骤：接通离子转移电压(步骤52)；测量离子电流(步骤53)；断开离子转移电压(步骤54)；和断开离子转移电压之后测量泄漏电流(步骤55)。步骤53和55中所得到的测量结果之间的差值用于推导出中子通量引起的离子电流(步骤59)。

根据本发明的若干实施例，也能够测量和校准电路中放大器的增益。为了实现该目的，在时间段46将极小的电压斜坡(或其它特征的非DC脉冲)施加到离子室。该电压太小以至于无法驱动离子转移，但是离子室将起到电容的作用，从而存在小电流。只要离子室的电容不改变(假设几何形状固定，并且气体为惰性，变化不太可能)，放大器的输入将是泄漏电流(其按上述测量)加上校准电流(其已知)。因此，能够容易地计算和调节增益，从而利用相同的增益获得待比较的测量结果。可替换地，这样获得的增益可以用于校准(调节)离子电流测量结果，从而在获得两个测量结果之间的差值之前使它们属于相同的增益。

该方法如图5中方法D所示。方法D包括以下步骤：接通离子转移电压(步骤52)；测量离子电流(步骤53)；断开离子转移电压(步骤54)；测量泄漏电流(步骤55)，和测量增益(56)。在步骤56获得的增益在信号获取期间或从步骤53和55中得到的测量结果推导出测量差值之前进行测量。测量差值然后可以用于推导离子电流。

本发明的一些实施例使用更简单的方法，其不测量泄漏电流(即，跳过图4中的时间段45)。根据本发明的该实施例的方法假设在进行测量时信号放大器的增益在短的时间段内不改变。电场(离子室电势)接通(图4中的时间段43)时的测量结果对应离子转移电流和泄漏电流之和。带有极小电压斜坡(图4中的时间段46)的测量结果对应校准电流加上泄漏电流。这两个测量结果之间的差值给出了减去(已知)参考电流的信号电流(离子转移电流)。因此，可以从测量差值推导出离子转移电流。

当信号电流(离子转移电流)大小等于参考电流大小时，该差值是零，因此增益中的任何漂移都是无关的。然而，当信号电流大小和参考电流大小之间存在实质差异时，增益漂移可能导致误差。因此，该方法可能比上述方法的精度低。然而，如上所述，如果需要，增益可以与时间段46期间测量的信号分离地进行校准，并且用于提高离子转移测量值的精度。

与该手段相对应的方法如图5中的方法C所示。方法C包括以下步骤：接通离子转移电压(步骤52)；测量离子电流(步骤53)；断开离子转移电压(步骤54)；和测量增益(56)。步骤53和55中所得到的测量结果之间的差值用于推导出中子通量引起的离子电流(步骤59)。

在上述的所有实施例中(例如，图5中的方法B，C，D)，离子电流被测量(步骤53)。另外，取决于使用的方法，泄漏电流(步骤55)，增益校准电流(步骤56)，或这两者被测量。根据本发明的一些实施例，仅仅测量离子电流而不为泄漏电流提供补偿。该方法如图5中方法A所示，其包括三个步骤：接通离子转移电压(步骤52)，测量离子电流(步骤53)，和从步骤53得到的测量结果推导出中子通量(步骤59)。

乍看之下，也许看上去该方法(图5中的方法A)不比传统的连续模式测量更具优势。然而并非如此。在脉冲模式测量中，电流将更大，而所有其它电流都相等，因此使泄漏电流产生的误差相应地显得不重要。该原因将在后面部分解释。

图5中的流程图50描述了根据本发明的实施例的用于离子转移测量的几种方法。所示的方法仅仅作为举例。本领域的普通技术人员应当理解：能够进行其它修改而不超出本发明的范围。例如，这些方法可以组合使用，并且能够相互校验结果以用于精度和质量控制。例如，可以从方法B和方法D的结果之间的意外差异而鉴别出系统中增益的意外改变。同样，可以从方法C和D获得的结果之间的比较而推断出泄漏电流大小。

为了理解脉冲模式操作的附加优点，有必要考虑系统的反应动力学。在正常条件下，离子室中的绝大部分气体原子是未电离的He-3。因此，He-3气体的浓度保持基本恒定，并形成反应式(1)，离子产生速度仅仅线性地取决于中子通量。

如上所述，两个独立的机制消耗离子，即离子电流(离子转移到电极)和再结合。当电场施加到离子室两端时，离子是电流(电荷)载体并且当它们到达电极时被中和。当离子与未电离的原子碰撞时，可能发生电荷转移，但是离子的总量不会改变。离子转移的驱动力是施加的电场。当电势保持恒定时，离子消耗速度线性地取决于(一级)离子浓度。当未施加电场时，该离子消耗项为零。

为了在气体中而非在电极处中和离子，离子必须与具有相反电荷的离子碰撞。这种碰撞的可能性取决于正离子和负离子的浓度。因此，再结合反应受到二级动力学的支配，正离子浓度和负离子浓度各占一级。因此，当离子浓度低时离子再结合是可忽略的，以及当离子浓度高时它将显得重要。该离子消耗(再结合)项与施加的电场无关。

当离子浓度小时，具有一级动力学的离子消耗项(即，电流流向电极)占优势，具有二级动力学的离子消耗项(即，再结合)较小。如果连续施加电场(按照传统的恒压操作)，则离子室达到平衡，其中电流的离子消耗速度占有中子通量产生的电流的大部分，以及再结合产生的消耗速度较小。

如果间歇地施加电场(例如，以脉冲模式)，上述平衡不会发生。当电场断开时，电流的离子消耗停止。由于中子相互作用而继续产生离子，因此离子浓度增加，但是再结合的离子消耗是可忽略的并且保持可忽略直到离子浓度大幅度增加。最终当再结合的离子消耗等于中子通量产生离子时达到一个平衡，但是这将需要相对长时间。

当离子转移电压接通时，由于离子浓度有时间累积，所以初始电流将较高(相对于连续场的电流)。更大的电流将更容易测量，以及泄漏电流将相对较小。因此，图5中的简单方法A产生的结果比传统的恒流模式更精确。

乍看之下，看上去似乎能够通过使占空比(施加电场时的时间与总周期时间的比值)很小而使脉冲模式中的离子电流非常大，但是事实并非如此，原因如下。首先，需要实际的最小时间来测量离子电流。其次，在电压稳定之前离子转移将消耗一些离子(参见图4中的时间段42)。再次，当离子浓度增加时再结合会失去更多的离子。最后，由于离子总量减小，所以测量结果中的统计波动增加。因此，优选地这样选择周期时间和占空比，使得统计不确定性(由于中子产生的物理过程)等于测量的不确定性(由于电子设备的限制)。这将允许测量的最小不确定性。

上面的描述说明了本发明的实施例，其中这些实施例应用到用于检测中子的离子室。然而，如上所述，本发明的实施例并不限于中子检测。可替换地，根据本发明实施例的脉冲模式操作也应用于用来检测其它形式高能辐射的离子室，例如伽马射线，α粒子和β粒子。

例如，诸如来自X射线或伽马射线的高能光子(或电磁波)可以穿过离子室壁(或窗)并且被气体分子中的电子吸收或与其相互作用，从而产生高能电子。产生的高能电子然后通过与其它气体分子中的电子碰撞而形成多个离子。最终结果是以正比于高能光子(或电磁波)通量的速度产生离子。一旦产生离子，该装置的操作的其它方面与上述相同。

根据本发明的另一方法，离子转移驱动电压是带有交变极性的电压。施加正驱动电压并允许平衡。测量正离子电流。正如使用前述的实施例，该测量将包括泄漏电流。然后反相电压极性并允许在负离子转移驱动电压下平衡。离子室中的任何离子将立刻在相反的方向上被加速。测量负离子电流，该负离子电流将包括泄漏电流。

泄漏电流主要由于半导体部件的特性。它不取决于驱动电压的幅度和极性。因此，泄漏电流将在一个相位加入到测量的离子电流中，它将在另一相位从离子电流测量结果中减去近似相等但极性相反的量。通过计算每个相位的离子电流测量结果的绝对值的平均值(即，算术平均)，将消除测量结果中的泄漏电流分量。得到的值可以仅仅表示由于离子室中的离子转移产生的电流。

在一些实施例中，可以对每个测量周期进行平均值的计算。在这种情况下，泄漏电流参考值的持续时间将仅仅是极小的。另外，温度和长期老化的影响在更大的尺度上操作并且将同样地从测量值中被去除。

用于交变驱动电压的驱动电压可以具有本领域普通技术人员公知或以后设计的任何形式。例如，下面将要描述的图6显示了方波。方波在概念上简单，但是它允许利用具有少量部件来设计，因此使泄漏最小化。由于极性反向补偿了泄漏电流，因此可以使用诸如正弦波这样的其它功能，而没有超出本发明的范围。

图6显示了用于根据本发明的一个实施例的驱动电压随时间变化的电压曲线61。在第一时间段62，施加正离子转移驱动电压，以及电压61增加并且稳定在施加的电压。在下一个时间段63，测量正离子电流。该测量结果可能包括由离子室中的离子转移以外因素产生的泄漏电流。

下一个时间段是电压反向时间段64。施加的驱动电压的极性被反向，电压61快速下降并稳定在负驱动电压。在负离子电流测量时间段65，再次测量离子电流。正如正离子电流测量63一样，负离子电流测量结果将包括泄漏电流。离子转移电流的方向是在相反方向上，但是泄漏电流的方向和它用于正离子电流测量时的方向相同。通过计算正负离子电流测量结果的绝对值的平均值可以抵消泄漏电流。

另外，如上所述，即使使用交变驱动电压也可以测量和校准放大器的增益。在一些实施例中，可以在每个交变周期来执行增益测量和校准。可替换地，它可以在选定时间段执行。

图7显示了根据本发明的方法。该方法可以包括施加正驱动电压71。这将导致离子室的离子朝带有相反电荷的电极移动。接下来该方法可以包括测量正离子电流测量值72。该测量值可能包括泄漏电流。该方法可以包括反向驱动电压的极性73。这将导致离子室中任何未消耗的离子反向并导致它们朝另一电极移动。该方法然后可以包括执行负离子电流测量74。该测量结果也可能包括与正测量结果中存在的泄漏电流极性相同的泄漏电流。

确定通量75可以包括计算泄漏自由离子电流测量结果。这可以包括求正负测量结果之绝对值的平均值。例如，下面的等式显示了用于根据正测量结果(V₊)和负测量结果(V_-)来确定泄漏自由离子电流(V_IC)的一种可能计算：

$V_{\mathrm{IC}}=\frac{\left|V_{+}\right|+\left|V_{-}\right|}{2}$

本领域技术人员可以想出其它的计算和等式，而没有超出本发明的范围。例如，在一些实施例中，负测量值(V_-)可以转化(即，变为正)并与正测量值(V₊)相加。由于泄漏电流与一个相加并减去另一个，所以产生的值将表示不带有泄漏电流影响的离子电流(V_IC)。

本发明的优点可以包括下述的一个或多个。本发明的实施例能够用于提供高能辐射的更精确测量。脉冲模式操作能够产生比传统恒压操作更强的信号。几种方法能够用于从脉冲模式操作中推导出离子转移电流。另外，较容易校正泄漏电流或校准系统的增益。本发明的方法也提供了用于质量控制或泄漏电流和系统增益的监视的简便方法。而且，由于没有恒定地用对系统加载高电压，因此装置不会快速地损坏并且消耗更少的能量。

本发明的反向极性方法可以包括附加的优点。为了充分理解这些优点，考虑检测器系统的动力学是有益的。假设离子室中的绝大部分原子未电离，离子产生的速度将线性地取决于热中子通量。它不是离子浓度的函数。

一旦产生离子，如上所述，它可以被两个独立机制中的一个消耗：(1)电流和(2)再结合，正如以上所述。当驱动电压施加到离子室的端子时，离子将被引向带有相反电荷的端子，以及它将在到达端子时被消耗(中和)。当驱动电压保持恒定时，由电流产生的消耗速度线性地取决于(一级动力学)离子浓度。

对于由再结合消耗(中和)的离子，它基本上必须与具有相反电荷的离子碰撞。这种碰撞的可能性取决于离子浓度，并且它受制于二级动力学。

对于低离子浓度，由电流产生的消耗将占优势，以及再结合的影响相对较小。在恒定的驱动压力下，离子室将达到平衡，其中离子消耗的速度等于中子通量产生离子的速度。

当施加带有交变极性的驱动电压时，该系统将达到不同的平衡。由于当极性反向时离子电流的方向被反向，因此任何未到达电极的离子都将反向。当使用谨慎选择的频率用于交变电压时，仅仅离子室中的一部分离子将在给定时间段内被消耗。由于中子通量继续产生，但是电流引起的消耗将减小，因此离子室中的离子浓度将增加。

而且，通过减小交变电压的幅度，未到达电极的离子部分可能增加。这些离子将在一个方向加速(例如，在正驱动电压下)，当极性反向时，这些离子将朝相反的方向加速(例如，在负驱动电压下)。这些离子将基本上在电极之间来回移动，以及它们将仅仅受到再结合的消耗。由于离子总量在该谐振模式中增加，因此对于给定的中子通量，总测量电流也将增加。这将为给定的中子通量提供更高幅度的信号。

检测器的响应时间将增加一定的时间量，该增加的时间量是离子室在该谐振模式中达到平衡所需的时间。然而，由于这在一秒的若干分之一内发生，因此就中子测量而言它不是一个重要的问题。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，然而得益于该公开的本领域普通技术人员将理解到：能够设计其它的实施例而不超出这里所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围仅仅由所附权利要求限定。

Claims (8)

1、一种测量高能辐射通量的方法，包括：

向离子室中的电极施加正电压，其中，所述离子室中充满能够由高能辐射形成带电荷离子的气体；

测量与所述正电压引起的离子电流相关的正离子电流信号；

向所述电极施加负电压；

测量与所述负电压引起的离子电流相关的负离子电流信号；和

根据所述离子电流信号，确定高能辐射通量的大小。

2、根据权利要求1的方法，其中，确定高能辐射通量的大小包括求所述正离子电流信号测量结果的绝对值与所述负离子电流信号测量结果的绝对值的平均值。

3、根据权利要求1的方法，其中，所述正负电压的频率使得在所述离子室中产生离子谐振。

4、根据权利要求1的方法，进一步包括确定增益。

5、根据权利要求4的方法，其中，确定增益包括向所述两个电极施加斜坡电流。

6、一种测量高能辐射通量的系统，包括：

具有可电离材料的离子室，其中，所述高能辐射通量可以电离所述可电离材料；

设置在所述离子室中的两个电极；和

连接到所述两个电极的电路，其中，所述电路用于向所述两个电极提供交变极性驱动电压并且测量所述两个电极之间的电流。

7、根据权利要求6的系统，其中，所述可电离材料包括流体，该流体包括选自以下的至少一种：氦3、三氟化硼、锂6、铀233，铀235、钚239、以及它们的化合物。

8、根据权利要求6的系统，进一步包括靶室，该靶室包括含氢材料，其中，所述靶室靠近所述离子室设置，以及其中，所述高能辐射包括中子辐射。

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