CN102445706A - 中子检测器 - Google Patents

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谢广利
沈卫科
陈波
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Abstract

本发明提供了一种中子检测器，包括：中子吸收晶体；与所述中子吸收晶体耦合的第一光电转换器和第二光电转换器；第一脉冲甄别电路，对所述第一光电转换器产生的第一电信号进行幅度甄别；第二脉冲甄别电路，对所述第一光电转换器产生的第二电信号进行幅度甄别；时间符合电路，用于判定经幅度甄别后的第一电信号和第二电信号的时间窗口是否相同，若相同则产生判定有效信号；计数系统，与所述时间符合电路相连，由所述判定有效信号触发计数。本发明能够减少甚至避免伽马射线所造成的干扰。

Description

中子检测器
技术领域
本发明涉及电子仪器技术，尤其涉及一种中子检测器。
背景技术
现有技术中的中子检测器往往采用6-LiI晶体与PIN光电二极管耦合的结构，这种组合结构具有体积小、灵敏度高、功耗低、成本低等优点，特别适合于小型手持式中子检测仪器仪表。
图1示出了一种传统的中子检测器的结构示意图，包括：6-LiI晶体10，其外侧具有封装外壳101和一个出光面102，当中子入射至6-LiI晶体10中时会被捕获并产生光信号；PIN光电二极管11，与6-LiI晶体10的出光面102耦合，将出光面102射出的光信号转化为电信号；放大电路12，对PIN光电二极管11产生的电信号进行放大；脉冲甄别电路13，对放大后的电信号进行幅度甄别，滤除小幅度的干扰信号；计数系统14，当上述电信号的幅度被判定为有效时进行计数统计。
图1所示的中子检测器中，当伽马(gamma)射线入射至6-LiI晶体10中时，6-LiI晶体10也会吸收伽马射线的能量产生光信号，但是只有能量超过3MeV的伽马射线在6-LiI晶体10中产生的脉冲才与中子所引起的脉冲相当，因而可以通过脉冲甄别电路13将能量小于3MeV的伽马射线造成的干扰滤除。
但是，伽马射线也有可能直接入射至PIN光电二极管11并产生电信号，而且相同能量的伽马射线入射至PIN光电二极管11形成的电信号脉冲幅度较大，是其入射至6-LiI晶体10所产生的电信号脉冲幅度的数倍以上，与中子入射至6-LiI晶体10所产生的电信号脉冲幅度相近，因而无法通过幅度甄别来消除，对检测过程中的中子计数造成干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种中子检测器，能够减少甚至避免伽马射线所造成的干扰。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种中子检测器，包括：
中子吸收晶体；
与所述中子吸收晶体耦合的第一光电转换器和第二光电转换器；
第一脉冲甄别电路，对所述第一光电转换器产生的第一电信号进行幅度甄别；
第二脉冲甄别电路，对所述第二光电转换器产生的第二电信号进行幅度甄别；
时间符合电路，用于判定经幅度甄别后的第一电信号和第二电信号的时间窗口是否相同，若相同则产生判定有效信号；
计数系统，与所述时间符合电路相连，由所述判定有效信号触发计数。
可选地，所述第一光电转换器和第二光电转换器耦合至所述中子吸收晶体的同一出光面。
可选地，所述第一光电转换器和第二光电转换器为集成在同一光电二极管中的两个不同的像素。
可选地，所述第一光电转换器和第二光电转换器耦合至所述中子吸收晶体的两个不同的出光面。
可选地，第一放大电路，对所述第一光电转换器产生的第一电信号进行放大，所述第一脉冲甄别电路是对放大后的第一电信号进行幅度甄别；
可选地，第二放大电路，对所述第二光电转换器产生的第二电信号进行放大，所述第二脉冲甄别电路是对放大后的第二电信号进行幅度甄别。
可选地，所述中子吸收晶体为包含6-Li元素的晶体。
可选地，所述中子吸收晶体为6-LiI或6-LiF晶体。
可选地，所述第一光电转换器和第二光电转换器为光电二极管。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的中子检测器中包括有两个光电转换器，分别是第一光电转换器和第二光电转换器，还包括分别与二者对应的第一放大电路和第一脉冲甄别电路以及第二放大电路和第二脉冲甄别电路，经过放大以及幅度甄别后的第一电信号和第二电信号输入至时间符合电路进行判断，如果时间窗口相同则产生判定有效信号并触发计数系统进行计数。由于伽马射线同时入射至两个光电转换器的概率很小，接近于为0，因而本实施例的中子检测器可以有效地减少甚至避免伽马射线对检测结果的干扰。
附图说明
图1为现有技术中的一种中子检测器的结构框图；
图2为本发明实施例的中子检测器的结构框图。
具体实施方式
现有技术中的中子检测器中，如果伽马射线直接入射至PIN光电二极管，其产生的电信号脉冲幅度较大，与中子入射至6-LiI晶体所产生的电信号脉冲幅度相近，无法通过幅度甄别来消除，降低了检测结果的精度。
本发明实施例的中子检测器中包括有两个光电转换器，分别是第一光电转换器和第二光电转换器，还包括分别与二者对应的第一放大电路和第一脉冲甄别电路以及第二放大电路和第二脉冲甄别电路，经过放大以及幅度甄别后的第一电信号和第二电信号输入至时间符合电路进行判断，如果时间窗口相同则产生判定有效信号并触发计数系统进行计数。由于伽马射线同时入射至两个光电转换器的概率很小，接近于为0，因而本实施例的中子检测器可以有效地减少甚至避免伽马射线对检测结果的干扰。
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图2示出了本实施例的中子检测器的结构框图，包括：中子吸收晶体20；与中子吸收晶体20耦合的第一光电转换器21和第二光电转换器24；第一放大电路22，对第一光电转换器21产生的第一电信号进行放大；第二放大电路25，对第二光电转换器24产生的第二电信号进行放大；第一脉冲甄别电路23，对放大后的第一电信号进行幅度甄别；第二脉冲甄别电路26，对放大后的第二电信号进行幅度甄别；时间符合电路27，用于判定经幅度甄别后的第一电信号和第二电信号的时间窗口是否相同，若相同则产生判定有效信号；计数系统，与时间符合电路27相连，由上述判定有效信号触发计数。
其中，第一放大电路22和第二放大电路25是可选的，在其他具体实施例中，也可以由第一脉冲甄别电路23和第二脉冲甄别电路26直接对第一电信号和第二电信号进行脉冲幅度的甄别。
中子吸收晶体20可以是能够吸收中子而产生光脉冲信号的材料，具体可以是包含6-Li元素(Li元素的3中子同位素)的晶体，如6-LiI或6-LiF晶体等。
中子吸收晶体20的外侧具有封装外壳201，此外还具有两个出光面，分别是出光面202和出光面203。上述第一光电转换器21具体是和出光面202耦合，第二光电转换器24具体是和出光面203耦合，它们的耦合方式例如可以采用硅胶的贴合方式，或是其他光学耦合方式。
本实施例中，第一光电转换器21和第二光电转换器24为光电二极管，优选为PIN光电二极管。当然，在其他具体实施例中，第一光电转换器21和第二光电转换器24还可以是其他类型的能够将光信号转换为电信号的器件。
在具体工作过程中，中子吸收晶体20捕获入射至其中的中子并产生光信号，该光信号通过出光面202入射至第一光电转换器21，同时通过出光面203入射至第二光电转换器24，第一光电转换器21将光信号转换为第一电信号，第二光电转换器24将光信号转换为第二电信号。
第一放大电路22和第二放大电路25分别对第一光电转换器21和第二光电转换器24所产生的电信号进行放大。第一放大电路22和第二放大电路25的电路结构可以是基于运算放大器的放大电路，图2中仅是示意，并不应理解为对本实施例的具体电路结构的描述和限定。
第一脉冲甄别电路23和第二脉冲甄别电路24分别对放大后的第一电信号和第二电信号进行幅度甄别。具体的，第一脉冲甄别电路23和第二脉冲甄别电路24可以采用常规的比较电路，将放大后的第一电信号和第二电信号分别于预设的参考电压进行比较，以滤除小信号的干扰。
时间符合电路27对经过幅度甄别后的第一电信号和第二电信号进行时间窗口判定，判断二者出现的时间窗口是否相同，如果相同，则产生判定有效信号。时间符合电路27的具体电路可以有多种，例如可以采用一与门来构建，当第一脉冲甄别电路23和第二脉冲甄别电路26输出的信号都有效(例如，都为逻辑高电平)时，则输出判定有效信号(例如也是逻辑高电平)。
计数系统28由时间符合电路27产生的判定有效信号触发而进行计数，例如，每次被触发后其统计数值加1。
在正常工作状态下，中子入射至中子吸收晶体20后产生光脉冲信号，该光脉冲信号同时照射至第一光电转换器21和第二光电转换器24上，并同时转换产生第一电信号和第二电信号，这两个电信号分别经过第一放大电路22、第一脉冲甄别电路23和第二放大电路25、第二脉冲甄别电路26的处理后输入至时间符合电路27。由于中子入射导致产生的第一电信号和第二电信号应当是同时的，因而时间符合电路27产生判定有效信号并触发计数系统28进行计数。
当由伽马射线干扰时，其直接入射至两个光电转换器的概率很小，基本上为0，因而，当其中一个光电转换器受到伽马射线干扰产生电信号时，另外一个并不会同时产生电信号，经过后续的时间符合电路27处理后会被滤除，并不会触发计数系统28的计数，从而滤除了伽马射线直接入射至光电转换器所造成的干扰。
需要说明的是，本文中“同时”一词所指的是二者的时间差落入计量误差范围之内，并不限定为严格意义上的同一时刻发生。
上述实施例中，第一光电转换器21和第二光电转换器24分别耦合至中子吸收晶体20的两个不同的出光面，即出光面202和出光面203。在其他具体实施例中，第一光电转换器21和第二光电转换器24也可以耦合至中子吸收晶体20的同一个出光面，更加优选地，第一光电转换器21和第二光电转换器24可以是集成在同一个光电二极管中的两个不同的像素，可以较为方便地耦合在同一个出光面上。类似的，在这种配置结构下，伽马射线同时入射至两个光电转换器的概率也非常小，因而同样能够通过时间符合电路27将伽马射线的干扰滤除。
虽然本实施例中是采用了两个光电转换器来避免伽马射线的干扰，但是应当理解的是，在不脱离本发明思想的前提下，也可以采用更多数量的光电转换器(例如三个、四个等)并结合相应的外围电路，由于伽马射线同时入射至多个光电转换器的概率很小，因而能够将伽马射线直接入射至光电转换器中所导致的干扰滤除。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种中子检测器，其特征在于，包括：
中子吸收晶体；
与所述中子吸收晶体耦合的第一光电转换器和第二光电转换器；
第一脉冲甄别电路，对所述第一光电转换器产生的第一电信号进行幅度甄别；
第二脉冲甄别电路，对所述第二光电转换器产生的第二电信号进行幅度甄别；
时间符合电路，用于判定经幅度甄别后的第一电信号和第二电信号的时间窗口是否相同，若相同则产生判定有效信号；
计数系统，与所述时间符合电路相连，由所述判定有效信号触发计数。
2.根据权利要求1所述的中子检测器，其特征在于，所述第一光电转换器和第二光电转换器耦合至所述中子吸收晶体的同一出光面。
3.根据权利要求2所述的中子检测器，其特征在于，所述第一光电转换器和第二光电转换器为集成在同一光电二极管中的两个不同的像素。
4.根据权利要求1所述的中子检测器，其特征在于，所述第一光电转换器和第二光电转换器耦合至所述中子吸收晶体的两个不同的出光面。
5.根据权利要求1所述的中子检测器，其特征在于，还包括：
第一放大电路，对所述第一光电转换器产生的第一电信号进行放大，所述第一脉冲甄别电路是对放大后的第一电信号进行幅度甄别；
第二放大电路，对所述第二光电转换器产生的第二电信号进行放大，所述第二脉冲甄别电路是对放大后的第二电信号进行幅度甄别。
6.根据权利要求1所述的中子检测器，其特征在于，所述中子吸收晶体为包含6-Li元素的晶体。
7.根据权利要求6所述的中子检测器，其特征在于，所述中子吸收晶体为6-LiI或6-LiF晶体。
8.根据权利要求1所述的中子检测器，其特征在于，所述第一光电转换器和第二光电转换器为光电二极管。
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