CN106324658A - 掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于辐射测量领域，具体涉及一种掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法。本发明在塑料闪烁体中掺入含有镉的原料，将掺镉塑料闪烁体与光电倍增管连接，并密封在不透明的外壳内，形成探头；将探头置于测量环境中，入射中子与塑料闪烁体中的含有镉的原料发生核反应，使材料处于激发态，退激时放出光子，光子数量正比于入射中子数，记录光电倍增管在单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，从而实现中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量。本发明造价低廉，应用范围广，探测效率高。

Description

掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法

技术领域

本发明属于辐射测量领域，具体涉及一种掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法。

背景技术

塑料闪烁体一般由聚苯乙烯做基质，兑入其它有机添加剂作闪烁物质，再加上移波剂制成，它具有探测效率高、光产额高，信号脉冲宽度窄，可加工性能好、环境适应能力强、机械性能稳定、成本低廉等优点而广泛应用于辐射测量工作中，但由于塑料闪烁体的主要成分是C、H、O，它们与中子相互作用的截面较低，一般不能直接用于中子的监测领域，为此，探测中子时还需掺杂或嵌入其他材料以增大光信号输出，如在塑料闪烁体嵌入一层ZnS:Ag膜就可用于快中子测量。

由于ZnS:Ag膜不透光，因此在塑料闪烁体中嵌入ZnS:Ag膜的方法会丢失很多的光子，造成探测效率和灵敏度下降。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种可用于热中子测量的掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体，以及使用这种掺镉塑料闪烁体测量热中子的方法。

本发明的技术方案如下：一种掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体，由聚苯乙烯作基质，兑入闪烁物质和移波剂，其中，在所述聚苯乙烯基质中掺入含有镉的原料，含有镉的原料的掺入量占塑料闪烁体总质量的5％-10％。

进一步，如上所述的掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体，其中，所述的含有镉的原料包括氧化镉、硫化镉，在制备塑料闪烁体的过程中，将含有镉的原料按相应比例掺入聚苯乙烯基质中充分混合。

上述掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体测量热中子的方法，将掺镉塑料闪烁体与光电倍增管连接，并密封在不透明的外壳内，形成探头；将探头置于测量环境中，入射中子与塑料闪烁体中的含有镉的原料发生核反应，核反应放出的能量全部损失在掺镉塑料闪烁体中，使材料处于激发态，退激时放出光子，光子数量正比于核反应的数量，也就正比于入射中子数，记录光电倍增管在单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，从而实现中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量。

本发明的有益效果如下：本发明将中子敏感物质镉掺入塑料闪烁体中，含镉的材料可以有效的测量中子。这种采用掺镉塑料闪烁体测量热中子的方法造价低廉，应用范围广，其探测效率远高于在塑料闪烁体中嵌入ZnS:Ag膜的方法。

附图说明

图1为掺镉塑料闪烁体结构及核反应示意图；

图2为塑料闪烁体探测器的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

闪烁体探测器的主要组成部分有闪烁体、光学收集系统、探测光的光电器件(如光电倍增管)，以及给光电倍增管各电极供电的分压器，它们被封闭在一个不透明的外壳里，统称探头，这属于本领域的公知结构。其中塑料闪烁体的主要结构一般由聚苯乙烯做基质，兑入其它有机添加剂作闪烁物质，再加上移波剂制成，这些材料含C、H、O与热中子基本不发生作用，因此一般的塑料闪烁体不能直接用于测量热中子。

中子能与很多物质发生核反应，将塑料闪烁体中嵌入一定比例的中子敏感物质后，入射中子与其反应，反应能传递给塑料闪烁体材料使其激发，退激时放出光子，光子经移波剂传输到光电倍增管，转换成电信号并放大后被后续电路记录。光子数量与材料吸收的能量成正比，而核反应的反应能一定，光子数量也就正比于中子数量。

如图1所示，中子与镉的两个同位素分别发生¹⁵⁵Cd(n,γ)¹⁵⁶Cd和¹⁵⁷Cd(n,γ)¹⁵⁸Cd俘获反应，热中子的俘获截面很大，分别为6.1×10⁴b和2.55×10⁵b，因此含有镉的材料能有效测量中子，方法是在制备原塑料闪烁体的同时，加入含镉的微粒。本发明在塑料闪烁体的聚苯乙烯基质中掺入含有镉的原料，含有镉的原料的掺入量占塑料闪烁体总质量的5％-10％。所述的含有镉的原料可选取氧化镉、硫化镉等等，将含有镉的原料按相应比例掺入聚苯乙烯基质中充分混合。

如图2所示，将掺镉塑料闪烁体1与光导2连接，然后再与光电倍增管连接，并密封在不透明的外壳内，形成探头，图中，K为光阴极，F为聚焦极，D₁～D₁₀为打拿极，A为阳极。将探头置于测量环境中，入射中子与塑料闪烁体中的含有镉的原料发生核反应¹⁵⁵Cd(n,γ)¹⁵⁶Cd和¹⁵⁷Cd(n,γ)¹⁵⁸Cd，产生的能量损失在塑料闪烁体中，使材料处于激发态，退激时必然会放出光子，光子数量正比于裂变反应的数量，即核反应的数量，也就正比于入射中子数，从而实现中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量等辐射防护量。

实施例

掺镉塑料闪烁体由掺入含有镉的原料的聚苯乙烯作基质，兑入闪烁物质和移波剂而成，具体制备方法为以含有相应比例的氧化镉的聚苯乙烯作基质加入第一溶质对三联甲苯和第二溶质PoPo后聚合制成掺镉塑料闪烁体块，然后经切割成型获得掺镉塑料闪烁体。

如图1所示，为中子入射到掺镉塑料闪烁体中所发生的反应；将掺镉塑料闪烁体与光学收集系统、探测光的光电器件(如光电倍增管)，以及给光电倍增管各电极供电的分压器封闭在一个不透明的外壳里，形成探头，探头内部结构如图2所示。将探头置于测量环境中，入射中子与掺镉塑料闪烁体中的镉发生反应，反应能传递给第一溶质对三联甲苯使其激发，其退激时发射波长350-400nm的荧光，第二溶质PoPo吸收该荧光发射波长较长的光，主峰位波长在423nm，光子经光导传输到光电倍增管，转换成电脉冲信号后被信号放大电路放大并记录，而这个电脉冲的数量是正比于中子与镉发生核反应的次数的，也就正比于入射中子数量，记录单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，实现中子注量的测量。一个中子最终形成的脉冲数量与掺镉的比例、光电倍增管型号和光电倍增管工作状态有关，在掺镉比例确定、光电倍增管型号确定和光电倍增管电路设计完成的情况下，可用蒙特卡罗的方法模拟计算并通过实验验证的方法来得到。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体，由聚苯乙烯作基质，兑入闪烁物质和移波剂，其特征在于：在所述聚苯乙烯基质中掺入含有镉的原料，含有镉的原料的掺入量占塑料闪烁体总质量的5％-10％。

2.如权利要求1所述的掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体，其特征在于：所述的含有镉的原料包括氧化镉、硫化镉，在制备塑料闪烁体的过程中，将含有镉的原料按相应比例掺入聚苯乙烯基质中充分混合。

3.采用权利要求1或2所述掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体测量热中子的方法，其特征在于：将掺镉塑料闪烁体与光电倍增管连接，并密封在不透明的外壳内，形成探头；将探头置于测量环境中，入射中子与塑料闪烁体中的含有镉的原料发生核反应，核反应放出的能量全部损失在掺镉塑料闪烁体中，使材料处于激发态，退激时放出光子，光子数量正比于核反应的数量，也就正比于入射中子数，记录光电倍增管在单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，从而实现中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量。