CN102866416B - 一种连续中子谱实时探测系统 - Google Patents
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Abstract
一种连续中子谱实时探测系统，包括若干层球壳形聚乙烯慢化层、若干层球壳形热中子探测器系统、电子学系统、计算机系统、输入电源接口、信号输出接口、显示面板及开关；不同能量的中子入射到探测系统后，经过不同层数慢化层，慢化成为热中子后，最终被某层的探测器系统探测并将脉冲信号传输给电子学系统，电子学系统根据不同探测层输入的信号，分析并输出相应的信号，最终计算机系统根据电子学系统输出的不同信号，给出相应的能量值，绘制能谱并记录。本发明体积较小，可以较为精确测量同一处的中子能谱。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于实验场所和环境中子测量的连续中子能谱实时探测系统。
背景技术
随着中子物理、航天、反应堆、加速器技术、辐射防护与环保领域的发展，中子谱的实时测量显得尤为重要。
中子呈中性，不带电，在通过物质时不能直接引起物质电离，所以不能被直接探测。对中子的测量是通过其与其它核子的相互作用产生的带电粒子间接进行的，一般有核反应法、核反冲法、核裂变法和活化法四种方法。选用核反应法测量中子时，选取3He作为探测气体是因为3He与热中子反应截面很大，约5330b，并且可以加压，使测量的灵敏度变得更高。
目前国内外的可同时适用于场所及环境的实时中子能谱的测量系统较少，一般选用Bonner多球系统。Bonner多球中子谱仪是由多个带有不同直径球形慢化体的中子探测器组成，每个中子探测器是由聚乙烯球形慢化体和放置其中心的热中子探测器。不同直径的慢化体可将不同能量的中子慢化成热中子后由热中子探测器探测，从而记录中子能谱。Bonner多球系统的缺点在于：Bonner多球系统探测器系统（球的个数）较多，整套的多球系统体积较大，在室外测量环境中子谱很不方便。并且由于Bonner多球系统是由多个球体组成，各球体积较大，在进行实时测量时需要将探测器排列开，而这样会使得各探测器之间的距离较远，从而在中子辐射场变化交大的场所不能得到精确的同一点中子能谱。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种的连续中子谱实时探测系统，该系统测量较精准，且结构简便，体积较小，使用方便。
本发明的技术解决方案是：一种连续中子谱实时探测系统，包括：若干层球壳形聚乙烯慢化层、若干层球壳形热中子探测器系统、核电子学系统和计算机系统；最内层为第一层球壳形热中子探测器系统，然后在其外层放置第一层球壳形聚乙烯慢化层，依次类推，这样球壳形热中子探测器系统与球壳形聚乙烯慢化层交替叠放，形成连续中子谱探测器系统；在所述若干层球壳形热中子探测器系统中，每层球壳形热中子探测器由两层同心球壳组成，两层同心球壳之间的夹层中充以大气压的3He气体；在两层同心球壳中靠近外层的球壳接地，靠近内层的球壳加上电压大于等于500V的正高压，形成球壳形3He电离室热中子探测器；不同能量的入射中子经过若干层球壳形聚乙烯慢化层后成为热中子，最终在某固定的能量段时被某一层球壳形热中子探测系统所探测，探测到的脉冲信号传输至核电子学系统；核电子学系统将脉冲信号放大、滤波、甄别和计数后，传输至计算机系统进行储存及分析。
所述连续中子谱实时测量系统还包括显示面板上的探测信号灯和各层探测器指示灯；各层探测器指示灯与各层探测器输出相连，某层探测器探测到辐射信号输出一个脉冲，该层探测器对应的各层探测器指示灯亮，一个输出脉冲闪亮一次；各层探测器的输出脉冲并联后接入探测信号灯，任意一层探测器探测到辐射信号时，探测信号灯都会亮，能够尽早发现某层探测器出错或者不工作的现象，同时也在计算机系统系统中进行显示。
在所述同心球壳的夹层中充以1-8个大气压的3He气体。
所述同心球壳由厚度为大于0.1mm的镉板加工而成，用以阻挡中子在聚乙烯中产生的质子进入3He电离室内部而造成测量误差。
在所述若干层球壳形聚乙烯慢化层中，慢化层厚度，即球壳形慢化层的外半径减去内半径的差，根据实际需要设计成相同厚度或不同，慢化层厚度应大于等于1cm。
所述若干层球壳形热中子探测器系统，每层球壳形热中子测量系统的两层半径不同的同心球壳半径差为0.5～20cm。
所述核电子学电路包括前置放大器、主放大器、n-γ甄别电路及多通道单道分析器；不同层的球壳形热中子探测器输出的脉冲信号依次经过前置放大器、主放大器的滤波成形及n-γ甄别电路处理后经由各自通道输入多通道单道分析器分析计数，最后在传输至计算机系统中。
所述计算机系统由计算机、计算机装有的解谱软件构成，通过解谱软件进行解谱，解谱软件解得中子能谱后，通过计算机进行绘制并显示；解谱软件还将给出总的中子通量、中子注量率，还能够根据需要给出中子剂量。
所述连续中子谱实时探测系统能够根据中子能量值和所需精度不同，设计不同厚度的球壳形聚乙烯慢化层和不同层数的球壳形热中子探测器系统，以满足不同的需求。
本发明与现有技术具有的优点如下：
（1）本发明由于该连续中子谱实时探测系统为单一整体，不需要如Bonner多球测量时按球排列开，因此可以较为精确测量同一处的中子能谱。这在中子能谱变化较大的场所显得尤为重要。
（2）本发明体积较小，可以较为精确测量同一处的中子能谱。本发明为单一的，电子学线路较为简便，体积较小，使用方便，由其适合在室外测量环境中的中子谱。
（3）本发明能够根据用户需要，可以通过设计改变探测器和慢化层的层数、慢化层的厚度，更为精准的测量中子能谱。
附图说明
图1为本发明的主结构示意图；
图2为本发明后视示意图；
图3为本发明的球壳形热中子探测器系统示意图；
图4为本发明的核电子学系统结构示意图；
图5为本发明的计算机系统实现流程图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，本发明的实施例包括：七层球壳形聚乙烯慢化层9～15、八层球壳形热中子探测器系统1～8，位于底部的核电子学系统16，指示灯17～19，及计算机系统。首先安装最里层球壳形热中子探测器系统8，将两块厚度为大于0.1mm镉板加工成球壳形，两层半径不同的同心球壳的半径差即球壳形热中子探测器层两极板间距离约为0.5～10cm，在两极板间25充入1～8个大气压的3He气体并密封，外层极板（阴极）24接地，内层极板接500V正高压，并将内层极板作为收集极（高压电极）23，通过核电子学输入端26与球壳形热中子探测器8中探测器的前置放大器、主放大器、n-γ甄别电路相连，球壳形热中子探测器8中探测器n-γ甄别电路的输出信号与多通道单道分析器的h号输入端相连，并与指示灯18及探测器信号灯17-8相连。完成球壳形热中子探测器系统8的组装后，在其外层包裹一层厚度为大于1cm厚的球壳形聚乙烯慢化层15，再继续安装球壳形热中子探测器系统7中的探测器，方法同前。以此类推，构成整球后的热中子探测系统固定于底座上。底座内装有核电子学系统16，底座前面板上装有电源指示灯19，探测信号灯18，1～8号各层探测器指示灯17。背部面板上有电源开关22、输入电源接20、信号输出接口21。1～8层球壳形热中子探测器系统中，各层探测器的输出脉冲并联后接入探测信号灯18，任意一层探测器探测到辐射信号时，探测信号灯18都会闪亮。电源指示灯19依次与电源开关、外部电源串联，连续中子谱实时探测系统通电后，电源指示灯19长亮。
如图1、4所示，核电子学系统16包括八个前置放大器、八个主放大器、八个n-γ甄别电路及八通道的多通道单道分析器；最外层的球壳形热中子探测器1输出的脉冲信号依次经过对应的前置放大器、主放大器的滤波成形及n-γ甄别电路处理后经由a通道输入多通道单道分析器，最后在传输至计算机系统中，依次类推。
如图5所示，多通道单道分析电路输出的信号，包括脉冲信号和信号对应的探测器编号，两组数据同时输入计算机系统。计算机系统记录每层探测器信号的原始数据；信号对应的探测器编号输入计算机系统后，经过慢化层厚度计算，将得到引发该脉冲信号的入射中子所经过的慢化层总厚度；热中子探测系统经过已知源刻度，蒙特卡罗如现在开源使用的FLUKA、MCNP、GEANT4等程序的模拟后，将各刻度参数记录在计算机系统中；解谱软件根据刻度参数、信号对应的入射中子经过的慢化总厚度及多通道单道分析电路输出的信号解谱得中子能谱并绘制显示，可根据用户需要计算待测场的中子通量、中子注量率及剂量，解谱软件将自带ICRP报告中注量-剂量转换系数。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种连续中子谱实时探测系统，其特征在于包括：若干层球壳形聚乙烯慢化层、若干层球壳形热中子探测器系统、核电子学系统和计算机系统；最内层为第一层球壳形热中子探测器系统，然后在其之外放置第一层球壳形聚乙烯慢化层，依次类推，这样球壳形热中子探测器系统与球壳形聚乙烯慢化层交替叠放，形成连续中子谱探测器系统；在所述若干层球壳形热中子探测器系统中，每层球壳形热中子探测器由两层半径不同的同心球壳组成，两层同心球壳之间的夹层中充以1～8个大气压的3He气体；两层同心球壳中靠近外层的球壳接地，靠近内层的球壳加上电压大于等于500V的正高压，形成球壳形3He电离室热中子探测器；不同能量的入射中子经过若干层球壳形聚乙烯慢化层后成为热中子，最终在某固定的能量段时被某一层球壳形热中子探测系统所探测，探测到的脉冲信号传输至核电子学系统；核电子学系统将脉冲信号放大、滤波、甄别和计数后，传输至计算机系统进行储存及分析；
所述同心球壳由厚度为大于0.1mm的镉板加工而成，用以阻挡中子在聚乙烯中产生的质子进入3He电离室内部；
在所述若干层球壳形聚乙烯慢化层中，慢化层厚度，即慢化层球壳的外半径减去内半径的差，根据实际需要设计成相同厚度或不同，慢化层厚度应大于等于1cm；
所述的若干层球壳形热中子探测器系统，每层球壳形热中子测量系统的两层半径不同的同心球壳半径差为0.5～20cm；
所述核电子学系统包括前置放大器、主放大器、n-γ甄别电路及多通道单道分析器；不同层的球壳形热中子探测器输出的脉冲信号依次经过前置放大器、主放大器的滤波成形及n-γ甄别电路处理后经由各自通道输入多通道 单道分析器分析计数，最后再传输至计算机系统中；
所述连续中子谱实时探测系统能够根据中子能量值和所需精度不同，设计不同厚度的球壳形聚乙烯慢化层和不同层数的球壳形热中子探测器系统，以满足不同的需求。
2.根据权利要求1所述的一种连续中子谱实时探测系统，其特征在于：所述连续中子谱实时测量系统还包括显示面板上的探测信号灯和各层探测器指示灯；各层探测器指示灯与各层探测器输出相连，某层探测器探测到辐射信号输出一个脉冲，该层探测器对应的各层探测器指示灯亮，一个输出脉冲闪亮一次；各层探测器的输出脉冲并联后接入探测信号灯，任意一层探测器探测到辐射信号时，探测信号灯都会亮，能够尽早发现某层探测器出错或者不工作的现象，同时也在计算机系统中进行显示。
3.根据权利要求1所述的一种连续中子谱实时探测系统，其特征在于：所述计算机系统由计算机、计算机装有的解谱软件构成，通过解谱软件进行解谱，解谱软件解得中子能谱后，通过计算机进行绘制并显示；解谱软件还将给出总的中子通量、中子注量率，还能够根据需要给出中子剂量。
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