CN105629292A - 一种探测器以及使用该探测器同时探测伽马射线和中子射线的方法 - Google Patents

一种探测器以及使用该探测器同时探测伽马射线和中子射线的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种探测器，其包括：探测器晶体、多层慢化体以及多层转换体；所述慢化体设置成使进入慢化体的中子慢化；所述转换体设置成使被慢化的中子与转换体发生中子俘获反应；所述探测器晶体设置成对进入的射线进行探测；其中，所述慢化体与所述转换体交叠设置，并且，所述慢化体和所述转换体设置在所述探测器晶体外部。

Description

一种探测器以及使用该探测器同时探测伽马射线和中子射线的方法
技术领域
本发明涉及一种用于放射性物质监测、可以同时探测中子和伽马射线的探测器。
背景技术
3He正比计数管是最常用的中子探测器之一，在中子能谱测量、特殊核材料监测、放射性物质监测等领域，因其探测效率高等特点，使它成为这些领域的首选中子探测器。
但是3He气体是一种稀缺资源，其获得受到限制，从而导致3He正比计数管的使用受到限制。为此，本发明提出了一种新的中子探测装置及测量方法，根据本发明的探测装置不需要3He正比计数管。
发明内容
根据本发明的一个方面，其提供一种探测器，其包括：探测器晶体、多层慢化体以及多层转换体；所述慢化体设置成使进入慢化体的中子慢化；所述转换体设置成使被慢化的中子与转换体发生中子俘获反应；所述探测器晶体设置成对进入的射线进行探测；其中，所述慢化体与所述转换体交叠设置，并且，所述慢化体和所述转换体设置在所述探测器晶体外部；所述慢化体和所述转换体不完全包围所述探测器晶体。
优选地，所述慢化体由聚乙烯构成。
优选地，所述转换体由铁或铜构成。
优选地，所述探测器晶体由碘化钠构成。
优选地，所述慢化体每层的厚度为1-2cm。
优选地，所述转换体每层的厚度为1-4mm。
优选地，所述探测器晶体为长方体，以及所述探测器晶体的面积与所述慢化体和转换体的面积相同。
另外一个方面，本发明还提供了一种同时探测中子和伽马射线的方法，利用本发明的探测器，伽马射线被所述探测器探测，对探测器输出信号进行处理，分析所述伽马射线的能量的大小来进行中子计数或伽马射线计数。
优选地，如果所述能量处于3MeV-8MeV，则被记录为中子计数，如果所述能量小于3MeV，则被记录为伽马射线计数。
优选地，对伽马射线区进行能谱分析，如果伽马射线区的能谱内有特征峰，则被记录为伽马射线计数。
本发明的上述不特定的实施方式至少具有下述一个或者多个方面的优点和效果：
与现有技术相比，本发明的探测器的构成材料易于获得，成本减少；以及本发明的探测器适用范围广，探测灵敏较高。
附图说明
图1是根据本发明的一种具体实施方式的探测器的正面的剖视图；
图2是图1所示探测器的侧视截面图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图1-2，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
根据本发明的优选的实施方式的探测器，如图1和2所示，其包括：探测器晶体1、多层慢化体2以及多层转换体3；慢化体2设置成使进入慢化体2的中子慢化；转换体3设置成使被慢化的中子与转换体发生中子俘获反应；探测器晶体1设置成对进入的射线进行探测；其中，慢化体2与转换体3交叠设置，并且，慢化体2和转换体3设置在探测器晶体1外部。如图1所示，慢化体2和转换体3包围探测器晶体1。实际上，所述慢化体和所述转换体不完全包围所述探测器晶体，由于在具体应用时，放射源只可能出现在探测器的探测面一侧，因此，为了能够更高效的探测伽马射线，所述慢化体和所述转换体不能遮挡探测面，而除探测面以外的五个面(尤其是与探测面相对的背面)都可以用慢化体和转换体包围起来，这样既不影响伽马射线的探测，又可以提高对中子的探测效率。
上述慢化体和转换体的设置方式属于本发明的发明人独创性提出的技术方案，在现有技术中，都是采用慢化体和转换体完全包围所述探测器晶体的情形，例如，在日本专利公开号JP2007047066A中所披露的技术方案，参见其附图1，中子减速体12和转换体11完全包括探测器10，其与本发明的技术方案完全不同。
根据本发明的优选的实施方式，探测器晶体由碘化钠构成，探测器晶体也可以由碘化铯、溴化镧构成，碘化钠探测器是能量分辨率较高的探测器。此外，由于聚乙烯是用于慢化中子的理想材料，优选地，慢化体2由聚乙烯构成。铁或铜是热中子俘获反应截面(铁σγ＝2.56靶，铜σγ＝3.78靶)较大的元素，可以与热中子发生反应放出高能伽马射线，优选地，转换体3由铁或铜构成。
如图1所示，优选地，探测器晶体1为长方体，以及探测器晶体1的面积与慢化体2和转换体3的面积相同，慢化体2每层的厚度为1-2cm。转换体3每层的厚度为1-4mm。通过外壳可以将探测器晶体1、慢化体2以及转换体3固定在一起，慢化体与转换体交替设置可以提供俘获反应的机率。
本发明的工作原理为，进入慢化体2的中子，首先被慢化，变成能量较低的中子；随后，有部分低能中子会进入转换体3，与转换体3以一定机率发生俘获反应，放出伽马射线(能量小于8MeV)；这些伽马射线被探测器探测到，信号经过后续电路的处理和甄别，如果能量在3～8MeV之间，则被记录为中子计数。反之，对于进入探测器的伽马射线，其信号经过后续电路的处理和甄别，如果能量小于3MeV(伽马放射源发出的伽马射线能量通常都小于3MeV)，则被记录为伽马射线计数。
根据本发明的另外一个方面，本发明还提供一种同时探测中子和伽马射线的方法，利用本发明的探测器，伽马射线被所述探测器探测，对探测器输出信号进行处理，分析所述伽马射线的能量的大小来进行中子计数或伽马射线计数。
优选地，如果所述能量处于3MeV-8MeV，则被记录为中子计数，如果所述能量小于3MeV，则被记录为伽马射线计数。
对于普通的伽马射线来说，能量通常低于3MeV。将探测器的输出信号分为两个区间，一个小于3MeV，称为伽马区，该区的伽马射线本底计数率很高；一个在3～8MeV之间，称为中子区，该区的伽马射线本底计数率很低。对于能量小于3MeV的俘获反应伽马射线来说，虽然会被计入伽马区，但其相对数量要比该区内的伽马本底少得多，因此基本不会引起伽马区的误报警；而对于能量大于3MeV的俘获反应伽马射线来说，其相对数量则与该区内的伽马本底相当，可以引起中子区的报警；对于能量小于3MeV的非俘获反应伽马射线来说，会被计入伽马区；而对于能量大于3MeV的非俘获反应伽马射线来说，虽然会被计入中子区，但其数量极少，因此基本不会引起中子区的误报警。
如果中子源的活度很大，那么俘获反应所发出的能量小于3MeV的伽马射线数量也会很多，这样就有可能引起伽马区的误报警。解决这一问题的办法是对伽马区的能谱进行分析。由于铁或铜的中子俘获反应发出的伽马射线的能量较为分散，因此在伽马区内的能谱上很难形成特征峰，即使形成了特征峰，也可以根据其峰位判断是否来自中子俘获反应。在伽马区发生报警的时候，如果伽马区的能谱内找不到特征峰，则说明该报警是大活度中子源引起的；如果伽马区的能谱内有特征峰存在，且该特征峰属于伽马放射源，则说明该报警确实是伽马放射源引起的。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种探测器，其包括：
探测器晶体、多层慢化体以及多层转换体；
所述慢化体设置成使进入慢化体的中子慢化；
所述转换体设置成使被慢化的中子与转换体发生中子俘获反应；
所述探测器晶体设置成对进入的射线进行探测；
其中，所述慢化体与所述转换体交叠设置，并且，所述慢化体和所述转换体设置在所述探测器晶体外部；
所述慢化体和所述转换体不完全包围所述探测器晶体。
2.根据权利要求1所述的探测器，其中，
所述慢化体由聚乙烯构成。
3.根据权利要求1所述的探测器，其中，
所述转换体由铁或铜构成。
4.根据权利要求1所述的探测器，其中，
所述探测器晶体由碘化钠构成。
5.根据权利要求1所述的探测器，其中，
所述慢化体每层的厚度为1-2cm。
6.根据权利要求1所述的探测器，其中，
所述转换体每层的厚度为1-4mm。
7.根据权利要求1所述的探测器，其中，
所述探测器晶体为长方体，以及所述探测器晶体的面积与所述慢化体和转换体的面积相同。
8.一种同时探测中子和伽马射线的方法，利用权利要求1-7所述的探测器，伽马射线被所述探测器探测，对探测器输出信号进行处理，分析所述伽马射线的能量的大小来进行中子计数或伽马射线计数。
9.根据权利要求8所述的同时探测中子和伽马射线的方法，其中，如果所述能量处于3MeV-8MeV，则被记录为中子计数，如果所述能量小于3MeV，则被记录为伽马射线计数。
10.根据权利要求9所述的同时探测中子和伽马射线的方法，其中，对伽马射线区进行能谱分析，如果伽马射线区的能谱内有特征峰，则被记录为伽马射线计数。
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