CN104898156A - 一种定向宽能中子监视器探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种定向宽能中子监视器探头，可适用于高能加速器、反应堆的定向中子场所监视及计量传递。该探头包括热中子灵敏的探测器(1)、内层慢化体(2)、增殖层(3)、反射层(4)、吸收体(5)、外层慢化体(6)、镉帽(7)、外包装(8)和单向入射面(9)。本发明的中子监视器可以解决高能宽谱中子辐射场的在线监测及量值传递问题，中子监视器探头采用定向慢化型设计，通过在慢化体中嵌入裂变金属材料，利用(n,f)裂变反应以拓宽高能中子的测量范围，通过在慢化体中嵌入中子反射材料，可改善角响应和能量响应，具有结构新颖，监视的中子能量范围宽，角响应特性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及中子监视器探头的技术领域，特别是一种定向宽能中子监视器探头，可适用于高能加速器、反应堆的中子定向场所监视器及计量传递。
背景技术
由置于石蜡或聚乙烯腔内的热中子探测器所构成的中子监测器，常用来监测中子注量率。如长中子计数器，由于其简单、可靠，方向性强，中子能量响应好，n、γ甄别本领强，被广泛用于中子注量率测量的次级标准，在中子计量传递方面起着重要作用。
著名的长中子计数器有Hanson和De Pangher型。Hanson型长中子计数器主要由BF3正比计数器、内外柱形石蜡慢化体和B2O3吸收层层组成。其注量能量响应在10keV到3MeV能量区间最大偏差10％，而更高能量的中子能量则下降迅速。其采用石蜡作为慢化剂，容易变形，慢化效果不好，测量结果重复性差。De Panhger型长中子计数器采用高密度聚乙烯作为内外慢化体，含硼聚乙烯作为中子屏蔽层，在长中子计数器前端和后端加薄镉片，外层采用铝外壳，用空气环取代孔改善低能中子响应。该类长中子计数器的效率一致性好，而在5MeV以上存在随着能量增加注量能量响应而逐渐减小。
在Radiation Measurements(2010)中，刊登的“Design of a new long counter for thedetermination of the neutron fluence reference values at the IRSN AMANDE facility”公开出版物中所报道的技术方案，在正比计数管前面增加聚乙烯柱，改善低能响应。在Radiation ProtectionDosimetry(2013)中，刊登的“long counter and its application for the calibration of the neutronirradiators”公开出版物中所报道的技术方案，研制了外屏蔽层可组装拆卸的长中子计数器以便于携带。在Radiation Protection Dosimetry(2014)中，刊登的“Response Improved for NeutronLong Counter”公开出版物中所公开报道的技术方案，在慢化体中嵌入钨材料，利用金属补偿材料的(n,xn)散裂反应改善高能响应，设计的长中子计数器未涉及到高能角响应改善。
在国内的《核电子学与探测技术》(2010)中刊登的“用于D-D、D-T混合能量中子测量的长中子计数器研究”公开出版物中所公开报道的技术方案，研制的长中子计数器用于脉冲中子测量，为解决高能中子的监测问题，在长中子计数器前端添加聚乙烯，对D-D、D-T混合场的高能中子进行测量。在2.4-14MeV能量范围内响应较一致，但探测器前端面添加慢化体必然导致低能段响应下降。
由此可见，上述公开报道的技术方案未给出定向、宽能中子监视器设计，从设计的结构来说，有的采用了增加慢化深度的方法改善高能中子响应，有的采用了添加散裂反应补偿材料改善高能中子响应。本发明申请的采用裂变增殖材料和中子反射材料，旨在拓宽能量范围和改善高能角响应的中子监视器设计，与现有中子监视器设计有明显的差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向宽能中子监视器探头，可用于宽能中子辐射场的定向监视。
本发明采用的技术方案为：一种定向宽能中子监视器探头，包括热中子灵敏的探测器、内层慢化体、增殖层、反射层、吸收体、外层慢化体、镉帽、外包装和单向入射面；该探头从里到外依次是热中子灵敏的探测器、内层慢化体、增殖层、内层慢化体、反射层、内层慢化体、吸收体、外层慢化体和外包装，即所述内层慢化体内嵌有增殖层和反射层。
进一步的，外层慢化体厚度d取值在10-50cm之间，入射端面凸出长度h取值在10-50cm之间。
进一步的，热中子灵敏的探测器是BF3正比计数器、或3He正比计数器、或裂变电离室、或涂硼电离室、或γ补偿型硼电离室。
进一步的，增殖层的材料是可通过(n,f)发生裂变反应增殖中子的铀材料、钍材料或钚材料。
进一步的，反射层是BeO材料。
本发明的原理在于：
一种定向宽能中子监视器探头，包括热中子灵敏的探测器1、内层慢化体2、增殖层3、反射层4、吸收体5、外层慢化体6、镉帽7、外包装8和单向入射面9；中子从单向入射面9照射时，内层慢化体2将不同能量的入射中子进行慢化成热中子被探测器探测到。为了提高高能中子的响应，设增殖层3可通过(n,f)裂变反应将高能中子增殖为多个低能中子，通过内慢化体进一步慢化成热中子，使高能中子响应得以改善，拓宽了监视器的高能中子应用范围。中子从侧面照射时，外层慢化体6将入射的中子慢化并被吸收体5吸收。反射层4的作用是将侧向入射(周围介质散射)的中子反射到外慢化体，减少进入内慢化体的份额；而对于入射面9进入的中子，将侧向出射的中子反射回内慢化体内，增加探测的几率。
本发明的定向宽能中子监视器探头组成还可以包括：
1.所述的热中子灵敏探测器1是对热中子具有较高反应截面的一种探测器，可以是BF3正比计数器、或3He正比计数器、或裂变电离室、或涂硼电离室、或γ补偿型硼电离室中的一种。
2.所述的内层慢化体2和外层慢化体6的材料可以是聚乙烯、或石蜡、或水，优先考虑聚乙烯材料，外层慢化体厚度d在10-50cm之间，减小侧面散射的影响，入射端面凸出长度h取值在10-50cm之间，使得入射中子有较好的方向性。
3.所述的吸收体4的材料包括镉、含硼材料，优先考虑含硼聚乙烯，厚度在0.3-2cm。
4.所述的反射层5优先考虑BeO材料。
5.所述的增殖层3材料可以是铀、钍、钚等裂变材料中的一种，也可以是以上多种材料的组合。
6.所述的镉帽是用于吸收从入射端面进入的热中子。
本发明的探头采用定向慢化型设计，在内层慢化体中嵌入了裂变增殖材料，有效解决了传统中子监视器高能响应不足、角响应不理想的问题，获得在能量范围1keV到500MeV区间的响应特性。设计的探头高能响应理想，角响应好，适用于宽能中子辐射场的定向监视和计量传递。
附图说明
图1是本发明一种定向宽能中子监视器探头的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
图中附图标记的含义为：1为热中子灵敏的探测器；2为内层慢化体；3为增殖层；4为反射层；5为吸收体；6为外层慢化体；7为镉帽；8为外包装；9为单向入射面。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式进行进一步描述：
参考图1所示，一种定向宽能中子监视器探头的结构和布局从里到外依次是热中子灵敏的探测器1、内层慢化体2、增殖层3、内层慢化体2、反射层4、内层慢化体2、5吸收体、外层慢化体6和外包装8。即所述内层慢化体2内嵌有增殖层3和反射层4。
中心的热中子灵敏探测器1是圆柱体，位于中子监视器探头中心，长度在10cm-40cm，外径在12mm-80mm。
增殖层3是圆桶状，入射面开口，嵌入热中子探测器外的内层慢化体2中，长度在10cm-40cm，壁厚在3mm-20mm。
反射层4是圆桶状，入射面开口，嵌入热中子探测器外的内层慢化体2中，长度在10cm-50cm，壁厚在2mm-20mm。
吸收体5是圆桶状，入射面开口，长度在10cm-50cm，壁厚在3mm-20mm。
内层慢化体2是多层桶状，长度在20-60cm，外径在8-50cm。
外层慢化体6是圆桶状，外层慢化体6厚度d在10-50cm之间，长度在30cm-120cm之间，入射端面凸出长度h取值在10-50cm之间。
镉帽7的厚度在0.2-5mm之间。
Claims (5)
1.一种定向宽能中子监视器探头，其特征在于：包括热中子灵敏的探测器(1)、内层慢化体(2)、增殖层(3)、反射层(4)、吸收体(5)、外层慢化体(6)、镉帽(7)、外包装(8)和单向入射面(9)；该探头从里到外依次是热中子灵敏的探测器(1)、内层慢化体(2)、增殖层(3)、内层慢化体(2)、反射层(4)、内层慢化体(2)、吸收体(5)、外层慢化体(6)和外包装(8)，即所述内层慢化体(2)内嵌有增殖层(3)和反射层(4)。
2.根据权利要求1所述的定向宽能中子监视器探头，其特征在于：外层慢化体(6)厚度d取值在10-50cm之间，入射端面凸出长度h取值在10-50cm之间。
3.根据权利要求1所述的定向宽能中子监视器探头，其特征在于：热中子灵敏的探测器(1)是BF3正比计数器、或3He正比计数器、或裂变电离室、或涂硼电离室、或γ补偿型硼电离室。
4.根据权利要求1所述的定向宽能中子监视器探头，其特征在于：增殖层(3)的材料是可通过(n,f)发生裂变反应增殖中子的铀材料、钍材料或钚材料。
5.根据权利要求1所述的定向宽能中子监视器探头，其特征在于：反射层(4)是BeO材料。
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