CN104516008A - 打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法 - Google Patents

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王勇
刘倍
徐园
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Abstract

本发明涉及一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，属于辐射测量领域。现有的方法中，3He正比计数器在低能段的响应明显高于国际放射委员会（ICRP）74号出版物给出的注量剂量转换曲线，如不加以补偿，会给实际测量工作带来较大的误差。本发明所述的方法在3He正比计数器外包裹一层镉的薄片，所述的镉薄片表面打有一定数量的孔洞。采用本发明所述的方法能够实现低能补偿，有效改善3He正比计数器对低能中子的响应。

Description

打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法
技术领域
本发明属于辐射测量领域，具体涉及一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法。
背景技术
正比计数器(proportional counter)是一种测量放射性强度的装置，由充气的管或小室作探头，当对探头施加的电压在一定范围内时，射线在管内引起电离所产生的脉冲大小与射线的能量成正比，与探头相连的电子系统就能够分析不同能量的射线、测量不同能量射线的强度。
3He正比计数器以其探测效率高、使用方便而广泛应用于中子的测量活动中。3He正比计数器是以3He（n,p）T反应对中子进行探测的，3He气体与中子的反应截面与中子能量相关，以热中子为最高（5330靶），随着中子能量的升高，反应截面呈下降趋势。在实际应用过程中，3He正比计数器在低能段的响应明显高于国际放射委员会（ICRP）74号出版物给出的注量剂量转换曲线，如不加以补偿，会给实际测量工作带来较大的误差。ICRP74号出版物给出的注量剂量转换曲线和未经补偿的3He正比计数器能量响应曲线对比如图1所示，从图1中可明显看出，两条在中子能量低能段有较大的差异。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，该方法能够实现低能补偿，有效改善3He正比计数器对低能中子的响应。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，包括以下步骤：在3He正比计数器外包裹一层镉的薄片，所述的镉薄片表面打有一定数量的孔洞。
进一步，所述的镉薄片的厚度在1～5㎜范围内，优选的厚度在2.5～3㎜范围内。
进一步，所述的孔洞的直径为2～10㎜，优选的孔洞的直径为4～5㎜。
进一步，所述的孔洞的总面积占整个镉薄片面积的10～20%，优选的，所述的孔洞的总面积占整个镉薄片面积的14～15%。
进一步，所述的镉薄片直接包裹在正比计数器外。
进一步，所述的镉薄片与正比计数器间填充有慢化材料，所述的镉薄片与3He正比计数器之间的距离不超过30㎜。
进一步，使用金属镉制成薄片，其厚度用蒙卡的方法计算后确定，并将镉片加工成与探测器相似形状，孔的直径和数量也用蒙卡的方法计算后确定。
本发明的效果在于：采用本发明所述的方法，实现了低能补偿，有效改善3He正比计数器对低能中子的响应。
附图说明
图1是注量剂量转换曲线和未经补偿的能量响应曲线对比图；
图2是本发明具体实施例1中镉筒的形状示意图；
图3是本发明具体实施例1中注量剂量转换曲线和补偿后的能量响应曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
实现低能补偿有两种方法：一是降低探测器在低能段中子的响应；二是降低低能段中子的数量。本发明是采用第二种方法达到补偿的目的。
镉（Cd）与热中子的反应截面很高，达20000b，因此含有镉的材料能有效吸收低能段中子，本发明所述的方法是在3He正比计数器外包裹一层镉的薄片，为使3He正比计数器的低能段响应不至于过低，镉薄片(以下简称镉片)表面打有一定数量的孔洞。
镉片的厚度、孔的数量和直径等参数可以用实验或模拟计算两种方法确定。由于通过实验的方法费时费力，而且只能在有限的几个能量点进行实验，因此本专利的各项参数是由模拟计算的方式给出的。常用的蒙卡模拟计算程序都能使用，如MCNP、Geant4、FLUKA等，本专利的参数是使用MCNP计算得到的，程序的版本是4C。首先在仪器适用的中子能量范围，计算经过慢化后到达镉片处的中子注量，在MCNP输入文件中调整镉片厚度使所有的热中子都会被吸收。在镉片上打孔，在输入文件中调整孔的直径大小和数量多少，在结果中挑选一个最优的方案，使其响应与ICRP74号出版物给出的注量剂量转换曲线尽量贴近。
本实施例中，根据3He正比计数器的形状，按照上述计算得到的厚度、孔洞直径和数量，将镉片加工成能罩住3He正比计数器的形状和大小，孔洞应均匀分布在镉片上。
镉薄片材料层的厚度通常在1～5㎜，优选为2.5～3㎜，镉薄片上均匀打有φ2～10㎜的孔，孔的直径优选为4～5㎜，孔洞面积占整个镉薄片面积的10～20%，优选为14～15%。
镉薄片可以直接包裹在正比计数器外，也可以与正比计数器间有一定的间隙（这个间隙中可以填充慢化材料），但不应使镉薄片与3He正比计数器距离过大，一般不宜超过30㎜，以使中子能够充分慢化。
实施例1
本实施例中，利用表面打孔的镉片材料来压低3He正比计数器的低能段响应，使计数器在0.025～20Mev能量区间内的响应与ICRP74号出版物给出的注量剂量转换曲线更加贴近，有效降低测量的不确定度。
测量时，能量较高的中子先经聚乙烯慢化，中子能量逐步降低直至降到热中子，慢化后的中子进入探测器与3He发生反应放出质子，质子在向负极运动的过程中在电子学系统产生脉冲，完成对中子的测量。
不同能量的中子慢化到热中子的慢化距离是不一样的，总体而言是能量较低的中子需要的慢化距离短，能量较高的中子需要较长的慢化距离；对固定距离的慢化体来说，能量较低的中子慢化成热中子的比例高，能量高的中子被慢化成热中子的比例较低，造成探测器对低能中子的过响应。
改善3He正比计数器对低能中子响应的关键是降低热中子的数量，将镉材料做成薄片并包裹在3He正比计数器外，能有效降低进入计数管的热中子数量。由于镉的中子反应截面较高，为不至于吸收掉过多的中子，镉薄片应打有一定数量的孔洞。
以圆柱形3He正比计数器为例，计数管外面包裹了一层厚度3㎜的镉薄片材料，镉薄片上均匀打有φ5㎜的孔，孔洞面积占整个镉薄片面积的15%，镉筒的形状如图2所示，计算得到如图3所示的能量响应。
对比图1和图3可以看出，补偿后的能量响应曲线在低能段有明显的改善，如在中子能量为1000ev时，ICRP给出的注量剂量转换系数是7.9，而未经补偿的3He正比计数器的响应高达109.7，补偿后降为42.9，改善效果显著。
实施例2
本实施例中，镉薄片材料层的厚为1㎜，镉薄片上均匀打有φ2㎜的孔，孔洞面积占整个镉薄片面积的10%。
镉薄片与正比计数器间有一定的间隙，这个间隙中填充慢化材料，镉薄片与3He正比计数器之间的距离为30㎜，以使中子能够充分慢化。
实施例3
本实施例中，镉薄片材料层的厚为5㎜，镉薄片上均匀打有φ10㎜的孔，孔洞面积占整个镉薄片面积的20%。
镉薄片与正比计数器间有一定的间隙，这个间隙中填充慢化材料，镉薄片与3He正比计数器之间的距离为2㎜。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，包括以下步骤：在3He正比计数器外包裹一层镉的薄片，所述的镉薄片表面打有一定数量的孔洞。
2.如权利要求1所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的镉薄片的厚度在1～5㎜范围内。
3.如权利要求2所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的镉薄片的厚度在2.5～3㎜范围内。
4.如权利要求1所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的孔洞的直径为2～10㎜。
5.如权利要求4所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的孔洞的直径为4～5㎜。
6.如权利要求1所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的孔洞的总面积占整个镉薄片面积的10～20%。
7.如权利要求6所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的孔洞的总面积占整个镉薄片面积的14～15%。
8.如权利要求1所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的镉薄片直接包裹在正比计数器外。
9.如权利要求1所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：所述的镉薄片与正比计数器间填充有慢化材料，所述的镉薄片与3He正比计数器之间的距离不超过30㎜。
10.如权利要求1所述的一种打孔镉片补偿3He正比计数器中子能量响应的方法，其特征是：使用金属镉制成薄片，其厚度用蒙卡的方法计算后确定，并将镉片加工成与探测器相似形状，孔的直径和数量也用蒙卡的方法计算后确定。
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