CN106199678A - 一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106199678A
CN106199678A CN201610646311.4A CN201610646311A CN106199678A CN 106199678 A CN106199678 A CN 106199678A CN 201610646311 A CN201610646311 A CN 201610646311A CN 106199678 A CN106199678 A CN 106199678A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fast neutron
titanium
layer
density polyethylene
neutron flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610646311.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106199678B (zh
Inventor
单卿
孔智灵
贾文宝
凌永生
黑大千
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201610646311.4A priority Critical patent/CN106199678B/zh
Publication of CN106199678A publication Critical patent/CN106199678A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106199678B publication Critical patent/CN106199678B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G01T3/001—Spectrometry

Abstract

本发明公开了一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法，其中测量方法包括以下步骤：利用高密度聚乙烯层和钛层将快中子转换成次级光子；采集包含钛能量为4.51keV的特征X射线的次级光子；分析处理采集的信号；分析并显示出入射快中子通量。本发明利用多道分析器接收中子与高密度聚乙烯层和钛层反应生成的次级光子，通过分析所获取次级光子中钛的能量为4.51keV的特征X射线全能峰的计数来测量快中子通量。该方法具有中子通量测量精度高的优点。

Description

一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法，其属于中子探测技术领域。
背景技术：
中子通量的测量对于中子测井技术、核裂变、核聚变、瞬发中子活化技术、硼中子俘获治疗等领域都有着重要的意义。中子呈电中性，因此中子属于间接电离辐射粒子，当其通过物质时，无法通过库仑相互作用将能量传递给核外电子，因而中子不能直接引起物质电离。中子的电离过程是通过中子与原子核相互作用产生能引起电离的次级带电粒子，次级带电粒子在物质中产生电离。中子按能量可分为慢中子(<1keV)、中能中子(1～100keV)、快中子(0.1～20MeV)。中子与物质的反应截面依赖于中子能量以及与中子相互作用的物质，常用的中子探测方法包括核反冲法、核反应法、活化法和核裂变。然而由于中子与物质的相互作用包含非弹性散射以及辐射俘获反应，因此中子辐射都伴随有光子辐射。要精确的测量中子通量，如何去除光子对中子通量测量的影响是一个必须要考虑的问题。
目前，常用作中子通量监测的探测器包括氦3正比计数器，塑料闪烁体探测器。氦3正比计数器中的氦3对于热中子具有较大的反应截面，而且氦3正比计数器对于光子辐射比较不敏感，然而氦3与中子的反应截面随着中子能量的增加而迅速下降，此外由于氦3供应量不足，导致氦3正比计数器并不适于快中子通量的测量。塑料闪烁体由于富含氢原子，因此广泛用于快中子通量的测量，然而塑料闪烁体对于光子辐射同样敏感，这给用塑料闪烁体测量中子通量带来了困难。因此，对于快中子通量测量的新方法是一个值得研究的问题。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法，该方法利用高密度聚乙烯层和钛层将快中子转换为次级光子，以X荧光探测器测量次级光子能谱，分析能谱中钛能量为4.51keV的特征X射线全能峰，利用该全能峰计数与入射快中子通量的响应关系即可给出入射中子通量的信息。
本发明采用如下技术方案：一种用于快中子通量的测量装置，包括产生快中子的快中子源，沿快中子飞行的方向依次放置的高密度聚乙烯层、钛层和X荧光探测器，将快中子源位于其内的源防护体，为X荧光探测器提供工作电压的电源，与X荧光探测相连接的放大器，多道分析器，信号传输系统，与信号传输系统相连的数据处理系统以及与数据处理系统相连的显示系统，所述放大器与多道分析器的输入端相连接，多道分析器的输出端连接信号传输系统，并将多道分析器处理后的信号通过信号传输系统传输给数据处理系统，所述高密度聚乙烯层与钛层相连接，快中子源和X荧光探测器分别位于高密度聚乙烯和钛层的两侧。
进一步地，所述快中子源距高密度聚乙烯层的距离为1-10mm，X荧光探测器距钛层的距离为1-10mm，所述X荧光探测器中心与快中子源的中心偏离8-12cm。
进一步地，所述高密度聚乙烯层厚度为1-10mm，钛层的厚度为20-200μm，二者截面积相等。
进一步地，所述钛层中钛的质量百分含量高于99.99％。
进一步地，所述源防护体为圆柱形壳层结构，其中对着高密度聚乙烯层的一面开孔，孔径与圆柱体内半径相同，所述源防护体为层状结构，由内至外分别为钨、含硼聚乙烯、碳酸锂。
本发明还采用如下技术方案：一种用于快中子通量的测量方法，包括如下步骤：
步骤1：沿快中子飞行的方向依次放置高密度聚乙烯层、钛层和X荧光探测器，高密度聚乙烯层与钛层相连接，利用高密度聚乙烯层和钛层将快中子转换成次级光子；
步骤2：采集包含钛能量为4.51keV的特征X射线的次级光子；
步骤3：分析处理采集的信号；
步骤4：分析并显示出入射快中子通量。
进一步地，所述步骤1中，快中子源发射的快中子照射高密度聚乙烯，快中子与高密度聚乙烯中的氢原子反应生成反冲质子并由高密度聚乙烯层出射后与钛层反应，在此过程中产生次级光子，次级光子中包含钛能量为4.51keV的特征X射线，X荧光探测器采集次级光子信号。
进一步地，所述步骤3中，多道分析器对采集的信号进行幅度/数字转换和数字信号分析，数据处理系统分析钛能量为4.51keV的特征X射线的全能峰得到全能峰的净计数，利用该全能峰净计数与入射快中子通量的响应关系即给出入射中子通量的信息。
进一步地，所述在步骤4中，数据处理系统分析钛能量为4.51keV的特征X射线全能峰的净计数并通过显示系统显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)、本发明利用X荧光探测器测量快中子激发的钛能量为4.51keV的特征X射线，通过其全能峰的净计数与中子的响应，从而给出入射快中子的通量信息。
(2)、X射线全能峰的测量所受背景信号干扰较小，因此容易扣除本底计数，获得准确的全能峰净计数，快中子通量测量的精度高。
(3)、本发明利用高密度聚乙烯层和钛层将快中子转换成次级X荧光，并利用X荧光探测器测量次级X荧光，该方法简单，易执行。
附图说明：
图1为本发明实施结构图。
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详细说明。
本发明用于快中子通量的测量装置，包括：产生快中子的快中子源，沿快中子飞行的方向依次放置的高密度聚乙烯层、钛层和X荧光探测器，将快中子源位于其内的源防护体，为X荧光探测器提供工作电压的电源，与X荧光探测相连接的放大器，多道分析器，信号传输系统，与信号传输系统相连的数据处理系统以及与数据处理系统相连的显示系统。其中放大器与多道分析器的输入端相连接，多道分析器的输出端连接信号传输系统，并将多道分析器处理后的信号通过信号传输系统传输给数据处理系统。
其中高密度聚乙烯层与钛层相连接，快中子由快中子源产生，快中子源和X荧光探测器分别位于高密度聚乙烯和钛层的两侧，快中子源位于源防护体内，源防护体与快中子源位于高密度聚乙烯和钛层的同侧，快中子源距高密度聚乙烯层的距离为1-10mm，X荧光探测器距钛层的距离为1-10mm。其中X荧光探测器中心与快中子源的中心偏离8-12cm。
其中高密度聚乙烯层厚度为1-10mm，钛层的厚度为20-200μm，二者截面积相等。
其中钛层所使用的钛为高纯钛金属，其中钛的质量百分含量应高于99.99％。
其中源防护体为圆柱形壳层结构，其中对着高密度聚乙烯层的一面开孔，孔径与圆柱体内半径相同。其中源防护体为层状结构，由内至外分别为钨、含硼聚乙烯、碳酸锂。
本发明用于快中子通量的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：沿快中子飞行的方向依次放置高密度聚乙烯层、钛层和X荧光探测器，高密度聚乙烯层与钛层相连接，利用高密度聚乙烯层和钛层将快中子转换成次级光子；
步骤2：采集包含钛能量为4.51keV的特征X射线的次级光子；
步骤3：分析处理采集的信号；
步骤4：分析并显示出入射快中子通量。
其中在步骤1中，所述快中子源发射的快中子照射高密度聚乙烯层和钛层并生成次级光子，X荧光探测器采集次级光子信号；其中X荧光探测器通过放大器与多道分析器的输入端相连接。
其中快中子源发射的快中子照射高密度聚乙烯，快中子与高密度聚乙烯中的氢原子反应生成反冲质子并由高密度聚乙烯层出射后与钛层反应，在此过程中产生次级光子，次级光子中包含钛能量为4.51keV的特征X射线。
其中在步骤3中，多道分析器对采集的信号进行幅度/数字转换和数字信号分析，数据处理系统分析钛能量为4.51keV的特征X射线的全能峰得到全能峰的净计数，利用该全能峰净计数与入射快中子通量的响应关系即可给出入射中子通量的信息。
多道分析器的输出端连接所述的信号传输系统，并将多道分析器处理后的信号通过信号传输系统传输给数据处理系统。
在步骤4中，数据处理系统分析钛能量为4.51keV的特征X射线全能峰的净计数并通过显示系统显示。
本发明的一种用于快中子通量的测量方法，利用X荧光探测器测量给出钛能量为4.51keV的特征X射线的全能峰，通过该全能峰计数与入射快中子通量的响应关系即可给出入射中子通量的信息。具体原理如下：
沿快中子入射方向放置高密度聚乙烯层、钛层、X荧光探测器。当快中子进入高密度聚乙烯后，快中子将与高密度聚乙烯中的氢原子碰撞产生反冲质子，若反冲质子能量足够即可从高密度聚乙烯出射从而入射到钛层。质子在钛层中与钛原子发生内转换过程，放出内转换电子，从而在在钛核外电子的内壳层留下空穴。当外壳层电子向内壳层跃迁时即会产生钛的特征X射线，其能量为4.51keV。利用X荧光探测器收集钛能量为4.51keV的特征X射线，通过多道分析器对采集的信号进行幅度/数字转换和数字信号分析。利用数据处理系统分析信号并获得能谱中该特征X射线的全能峰的净计数，通过该特征X射线对入射中子的响应，即可给出入射中子通量的信息。
综上所述，本发明利用多道分析器接收钛能量为4.51keV的特征X射线光谱信号，通过分析4.51keV的X射线全能峰的净计数给出入射快中子的通量信息。该方法受本底干扰小，可有效的提高入射快中子通量的测量精度，该方法简单，易执行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于快中子通量的测量装置，其特征在于：包括产生快中子的快中子源，沿快中子飞行的方向依次放置的高密度聚乙烯层、钛层和X荧光探测器，将快中子源位于其内的源防护体，为X荧光探测器提供工作电压的电源，与X荧光探测相连接的放大器，多道分析器，信号传输系统，与信号传输系统相连的数据处理系统以及与数据处理系统相连的显示系统，所述放大器与多道分析器的输入端相连接，多道分析器的输出端连接信号传输系统，并将多道分析器处理后的信号通过信号传输系统传输给数据处理系统，所述高密度聚乙烯层与钛层相连接，快中子源和X荧光探测器分别位于高密度聚乙烯和钛层的两侧。
2.如权利要求1所述的用于快中子通量的测量装置，其特征在于：所述快中子源距高密度聚乙烯层的距离为1-10mm，X荧光探测器距钛层的距离为1-10mm，所述X荧光探测器中心与快中子源的中心偏离8-12cm。
3.如权利要求1所述的用于快中子通量的测量装置，其特征在于：所述高密度聚乙烯层厚度为1-10mm，钛层的厚度为20-200μm，二者截面积相等。
4.如权利要求1所述的用于快中子通量的测量装置，其特征在于：所述钛层中钛的质量百分含量高于99.99％。
5.如权利要求1所述的用于快中子通量的测量装置，其特征在于：所述源防护体为圆柱形壳层结构，其中对着高密度聚乙烯层的一面开孔，孔径与圆柱体内半径相同，所述源防护体为层状结构，由内至外分别为钨、含硼聚乙烯、碳酸锂。
6.一种用于快中子通量的测量方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤1：沿快中子飞行的方向依次放置高密度聚乙烯层、钛层和X荧光探测器，高密度聚乙烯层与钛层相连接，利用高密度聚乙烯层和钛层将快中子转换成次级光子；
步骤2：采集包含钛能量为4.51keV的特征X射线的次级光子；
步骤3：分析处理采集的信号；
步骤4：分析并显示出入射快中子通量。
7.如权利要求6所述的用于快中子通量的测量方法，其特征在于：所述步骤1中，快中子源发射的快中子照射高密度聚乙烯，快中子与高密度聚乙烯中的氢原子反应生成反冲质子并由高密度聚乙烯层出射后与钛层反应，在此过程中产生次级光子，次级光子中包含钛能量为4.51keV的特征X射线，X荧光探测器采集次级光子信号。
8.如权利要求6所述的用于快中子通量的测量方法，其特征在于：所述步骤3中，多道分析器对采集的信号进行幅度/数字转换和数字信号分析，数据处理系统分析钛能量为4.51keV的特征X射线的全能峰得到全能峰的净计数，利用该全能峰净计数与入射快中子通量的响应关系即给出入射中子通量的信息。
9.如权利要求6所述的用于快中子通量的测量方法，其特征在于：所述在步骤4中，数据处理系统分析钛能量为4.51keV的特征X射线全能峰的净计数并通过显示系统显示。
CN201610646311.4A 2016-08-08 2016-08-08 一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法 Active CN106199678B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610646311.4A CN106199678B (zh) 2016-08-08 2016-08-08 一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610646311.4A CN106199678B (zh) 2016-08-08 2016-08-08 一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106199678A true CN106199678A (zh) 2016-12-07
CN106199678B CN106199678B (zh) 2019-02-01

Family

ID=57513813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610646311.4A Active CN106199678B (zh) 2016-08-08 2016-08-08 一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106199678B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106990428A (zh) * 2017-05-03 2017-07-28 中国核动力研究设计院 一种中子测量含铀液体中铀含量的方法及其实现装置
WO2019109812A1 (zh) * 2017-12-05 2019-06-13 清华大学 利用溴化镧探测器测量中子剂量率的方法和中子剂量率仪

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3787698A (en) * 1972-10-11 1974-01-22 Us Army Recording of fast neutron images
US6349124B1 (en) * 2000-02-14 2002-02-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Dodecahedron neutron spectrometer
CN102253404A (zh) * 2011-06-28 2011-11-23 中国原子能科学研究院 一种便携式中子探测装置
CN102628954A (zh) * 2012-03-29 2012-08-08 西北核技术研究所 基于聚乙烯组合式气体闪烁体的中子探测器
CN102939545A (zh) * 2010-06-14 2013-02-20 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 含闪烁体颗粒及聚合物基底的闪烁体
US20140079171A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 Rhombus Holdings Llc Scalable and tunable neutron detection instrument
CN104464856A (zh) * 2014-11-24 2015-03-25 南京航空航天大学 一种裂变反应中子通量实时监测装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3787698A (en) * 1972-10-11 1974-01-22 Us Army Recording of fast neutron images
US6349124B1 (en) * 2000-02-14 2002-02-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Dodecahedron neutron spectrometer
CN102939545A (zh) * 2010-06-14 2013-02-20 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 含闪烁体颗粒及聚合物基底的闪烁体
CN102253404A (zh) * 2011-06-28 2011-11-23 中国原子能科学研究院 一种便携式中子探测装置
CN102628954A (zh) * 2012-03-29 2012-08-08 西北核技术研究所 基于聚乙烯组合式气体闪烁体的中子探测器
US20140079171A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 Rhombus Holdings Llc Scalable and tunable neutron detection instrument
CN104464856A (zh) * 2014-11-24 2015-03-25 南京航空航天大学 一种裂变反应中子通量实时监测装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106990428A (zh) * 2017-05-03 2017-07-28 中国核动力研究设计院 一种中子测量含铀液体中铀含量的方法及其实现装置
WO2019109812A1 (zh) * 2017-12-05 2019-06-13 清华大学 利用溴化镧探测器测量中子剂量率的方法和中子剂量率仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN106199678B (zh) 2019-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kandlakunta et al. Measurement of internal conversion electrons from Gd neutron capture
JP2000147129A (ja) 中性子個人被曝線量計及び中性子線量率計
CN106873024B (zh) 一种用于小型快堆的高灵敏环境中子能谱分析系统
US9847215B2 (en) Method for detecting and distinguishing between specific types of environmental radiation using a high pressure ionization chamber with pulse-mode readout
Konijn et al. A high resolution, large volume Ge (Li) NaI (Tl) compton-suppression spectrometer
Langford et al. Event identification in 3He proportional counters using risetime discrimination
Guardiola et al. Ultra-thin 3D silicon sensors for neutron detection
CN112526584A (zh) 一种中子能谱测量装置及其测量方法
CN109799527B (zh) 一种中子能谱测量装置及邦纳球谱仪系统
CN106199678B (zh) 一种用于快中子通量的测量装置及其测量方法
CN109557575A (zh) 一种中子多重性测量装置及其使用方法
Bell et al. Neutron detection with LiInSe2
Heath et al. Decay of 45-day Fe 59
Allwork et al. Neutron efficiency and gamma rejection performance of CLYC and He alternative technologies
Kandlakunta Gamma Rays Rejection in a Gadolinium based Semiconductor Neutron Detector
Pausch et al. Application of $^{6}{\rm LiI}({\rm Eu}) $ Scintillators With Photodiode Readout for Neutron Counting in Mixed Gamma-Neutron Fields
JP2001027674A (ja) 中性子線量率計
Almaviva et al. Thermal neutron dosimeter by synthetic single crystal diamond devices
RU214394U1 (ru) Устройство детектирования нейтронов
Matsumoto et al. Development of a Neutron Detection System using an LGB Scintillator for Precise Measurements of Epi-Thermal Neutrons
Na et al. Discrimination of non-radiation backgrounds in the proportional counter of MARDS
Yücel et al. Investigation of thermal neutron detection capability of a CdZnTe detector in a mixed gamma-neutron radiation field
RU2142148C1 (ru) Способ определения среднего заряда от нейтронов в импульсе камеры деления
Masuda et al. Demonstration of BSS Unfolding Method for BNCT Neutron Field and Development of New BSS using Li-glass Scintillators coupled with Current-mode-operated PMTs for Intense Neutron Field
El Yazzaoui et al. Characterization of a novel ZnS (Ag)/6LiF scintillation neutron detector alternative to 3He proportional counters used in nuclear security applications

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant