CN106610510A - 用于快中子成像的方法及探测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于快中子成像的方法及探测系统。该方法包括：使快中子入射到探测器中，从而快中子与探测器中¹H原子核发生一次弹性散射，其中一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，散射中子在探测器中发生二次作用，反冲质子在探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，探测器包括时间投影室；获取散射中子的信息；获取电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；通过所述响应信号，获取所述电子的漂移时间、坐标以及数量；以及通过所述散射中子的信息、所述电子的漂移时间、坐标以及数量，进行快中子的成像。本申请公开的用于快中子成像的方法，能够提高特殊核材料监测中对快中子监测的精度。

Description

用于快中子成像的方法及探测系统

技术领域

本发明涉及核技术应用领域，具体而言，涉及一种用于快中子成像的方法及探测系统。

背景技术

特殊核材料(Special Nuclear Material，SNM)包括可用作核反应堆燃料的铀、钚等核裂变材料，对SNM的监测和防护在国土安全领域是一项巨大的挑战。为防止恐怖分子利用SNM发动恐怖袭击，保护人民群众的生命财产安全和保护环境不受污染，对SNM的监测十分重要。目前，对SNM的监测主要分为两种手段。一是通过对SNM发出的特征伽马射线进行检测，进而进行SNM的监测；二是通对SNM发出的快中子进行监测，进而进行SNM的监测。对SNM发出的快中子的监测由于和天然放射性物质的本底，以及其他放射源有着显著的区别，可以有效的对SNM进行监测。

由于快中子与物质的作用截面小，对它的探测主要有两种手段。一是将其慢化成热中子进行探测。但在慢化之后，快中子的能量、方向信息损失殆尽，这对SNM监测是极为不利的。二是利用快中子与¹H原子核的弹性碰撞，测量反冲质子和/或散射中子得到快中子的信息。现有技术中，对于第二种探测方法，常用的进行快中子成像的方法有如下几种：使用液体闪烁体阵列进行快中子散射成像，使用塑料闪烁体阵列进行快中子散射成像，使用编码板进行快中子成像。使用液体闪烁体阵列进行快中子散射成像的方法，快中子重建精度不高。使用塑料闪烁体阵列进行快中子散射成像的方法，在中子和伽马射线的甄别能力方面鉴别度不高，存在伽马射线本底的干扰。使用编码板进行快中子成像，在测试中对于入射快中子的方向有限定要求。

因此，需要一种新的用于快中子成像的方法及探测系统。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于快中子成像的方法及探测系统，能够提高特殊核材料监测中，对快中子监测的精度。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一方面，提出一种用于快中子成像的方法，该方法包括：使快中子入射到探测器中，从而快中子与探测器中¹H原子核发生一次弹性散射，其中一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，所述散射中子在探测器中发生二次作用，反冲质子在探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，探测器包括时间投影室；获取电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；通过响应信号，获取电子的漂移时间、坐标以及数量；获取散射中子的信息；以及通过散射中子的信息、电子的漂移时间、坐标以及数量，进行快中子的成像。

在本公开的一种示例性实施例中，获取散射中子的信息，包括：通过探测器获取的一次弹性散射和二次作用发生的位置、沉积的能量，进而获取散射中子的信息。

在本公开的一种示例性实施例中，通过散射中子的信息、电子的漂移时间、坐标以及数量，进行快中子的成像，包括：通过电子的漂移时间、坐标以及数量，获取反冲质子的信息。

在本公开的一种示例性实施例中，通过电子的漂移时间与坐标，获得反冲质子的运动方向，包括：通过漂移时间与坐标，获取反冲质子在三维空间中的坐标；以及通过拟合反冲质子在三维空间中的坐标，获得反冲质子的运动方向。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：通过电子的数量获取反冲质子的能量。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：通过反冲质子的运动方向与反冲质子的能量，进行快中子的成像。

在本公开的一种示例性实施例中，通过反冲质子的运动方向与反冲质子的能量，进行快中子的成像，包括：通过反冲质子的运动方向以及反冲质子的能量，获取快中子的方向以及快中子的能量。

在本公开的一种示例性实施例中，包括：在快中子与¹H原子核在探测器中产生一次弹性散射情况下，通过获取第一预定数量的一次弹性散射事例进行快中子成像。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：在快中子与¹H原子核在探测器中产生二次作用情况下，通过获取第二预定数量的二次作用事例进行快中子成像。

在本公开的一种示例性实施例中，时间投影室包括：中子转换体。

在本公开的一种示例性实施例中，时间投影室包括：多层中子转换体阵列。

在本公开的一种示例性实施例中，探测器还包括：闪烁体阵列。

在本公开的一种示例性实施例中，探测器还包括：塑料光纤。

根据本发明的一方面，提出一种用于快中子成像的探测系统，该探测系统包括：探测器，用于用于使快中子入射到探测器中，从而所述快中子与探测器中¹H原子核发生一次弹性散射二次作用，其中一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，所述散射中子在探测器中发生二次作用，所述反冲质子在探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，所述探测器包括时间投影室；信号响应模块，用于获取电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；信号获取模块，用于通过响应信号，获取电子的漂移时间、坐标以及数量；中子模块，用于获取所述散射中子的信息；以及成像模块，用于通过所述散射中子的信息、所述电子的所述漂移时间、所述坐标以及所述数量，进行所述快中子的成像。

在本公开的一种示例性实施例中，成像模块还包括：拟合子模块，用于通过电子的漂移时间与坐标，获得反冲质子的运动方向；质量子模块，用于通过电子的数量获取反冲质子的能量。

在本公开的一种示例性实施例中，所述时间投影室包括：中子转换体。

在本公开的一种示例性实施例中，所述时间投影室包括：多层中子转换体阵列。在本公开的一种示例性实施例中，所述探测器还包括：闪烁体阵列。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探测器还包括：塑料光纤。

根据本发明的用于快中子成像的方法及探测系统，能够提高特殊核材料监测中，对快中子监测的精度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法的原理示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法的原理示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法中探测器的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的带有中子转换体的TPC模拟的入射中子能谱图。

图6是根据一示例性实施例示出的带有中子转换体的TPC模拟的入射中子角度分布图。

图7是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法中探测器的示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法中探测器的示意图。

图9是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。

图10是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。

具体实施例

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的，因此不能用于限制本发明的保护范围。

图1是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法的流程图。

如图1所示，在S102中，使快中子入射到探测器中，从而快中子与探测器中¹H原子核发生一次弹性散射，其中一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，散射中子在探测器中发生二次作用，反冲质子在探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，探测器包括时间投影室。

在本发明的实施例中，探测器包括：时间投影室。时间投影室(Time ProjectionChamber，TPC)是一种能够探测带电粒子三维径迹的气体探测器，现已广泛应用在对撞机实验之中。TPC的工作气体一般使用惰性气体(如氩)和有机气体(如甲烷、乙烷、异丁烷)以一定比例混合而成。有机气体中富含氢，可以作为快中子弹性碰撞的靶核。在本发明实施例中，由于TPC是径迹探测器，它既能够测量反冲质子的能量，又可以测量反冲质子的径迹。快中子与质子在探测器中发生一次弹性散射和/或二次作用，产生了散射中子和反冲质子，反冲质子在TPC的灵敏体积内会产生一条径迹，若TPC中没有加磁场则径迹为直线，对于几个MeV的质子，其在TPC中的径迹长度为几个mm至几个cm的量级。反冲质子在整个径迹上会不断地损失能量，电离气体分子形成电子和阳离子。

在S104中，获取电子在电场作用下到达预定位置的响应信号。如上所述反冲质子在整个径迹上会不断地损失能量，电离气体分子形成电子和阳离子；其中电子在TPC中均匀电场下向时间投影室中的GEM倍增放大探测器漂移，电子的漂移速度是一定的。电子漂移到GEM后经过雪崩放大，在预定位置，被收集。收集装置可例如为：收集pad。电子到达收集pad之后，收集pad产生响应信号。

在S106中，通过响应信号，获取电子的漂移时间、坐标以及数量。根据收集pad中产生的响应信号的位置以及产生响应信号的时间，还有收集到的响应信号的数量，获取电子的漂移时间、坐标以及数量。

在S108中，获取散射中子的信息。可例如，通过探测器获取的一次弹性散射和二次作用发生的位置、沉积的能量，进而获取散射中子的信息。通过探测器获取的一次弹性散射和二次作用发生的位置、沉积的能量的相关方法以及获得散射中子信息的方法，在现有技术中存在相关的算法说明，在此不再赘述。

在S110中，通过散射中子的信息、所述电子的所述漂移时间、所述坐标以及所述数量，进行所述快中子的成像。通过电子的数量，可以通过计算得到反冲质子的能量，通过电子的漂移时间与坐标，可以通过拟合得到反冲质子的运动方向。通过散射中子的相关信息结合通过反冲质子获得的相关信息进行快中子成像。

根据本发明的用于快中子成像的方法，通过探测器获得与入射的快中子进行弹性散射的反冲质子的能量和方向，进而对入射的快中子进行成像的方式，能够提高特殊核材料监测中，对快中子能量以及方向重建的精度。

应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

在本公开的一种示例性实施例中，通过电子的漂移时间与坐标，获得反冲质子的运动方向，可例如，通过漂移时间与坐标，获取反冲质子在三维空间中的坐标；以及通过拟合反冲质子在三维空间中的坐标，获得反冲质子的运动方向。如上所述，以TPC探测器为例，入射快中子与质子碰撞后，形成的反冲质子在探测器中运行的整个径迹上会不断地损失能量，电离气体分子形成电子和阳离子；其中的电子在TPC中均匀电场下向GEM放大结构漂移，不失一般性，设漂移方向为z向，电子的漂移速度是一定的。电子漂移到GEM后经过雪崩放大，被收集pad所收集，不失一般性，设收集pad平面为xy平面。各个有响应的收集pad的xy坐标与质子的径迹的位置保持一致，其z坐标可以通过测量得到的漂移时间乘以漂移速度(常数)得到。从而就得到了反冲质子径迹在三维空间中的坐标。拟合这些坐标，可以得到反冲质子的运动方向，还可例如，获取反冲质子的初始产生位置，本发明不以此为限。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：通过电子的所述数量获取所述反冲质子的能量。反冲质子能量是通过将所有收集pad收集到的电子总数换算成能量得到的。

在本公开的一种示例性实施例中，通过反冲质子的运动方向以及反冲质子的能量，获取快中子的方向以及快中子的能量，进而进行快中子成像。

图2是根据另一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法的原理示意图。如图2所示，在所述快中子与所述质子在探测器中产生一次弹性散射情况下，通过获取第一预定数量的所述一次弹性散射事例进行所述快中子成像。重建入射中子的方向可例如，利用的是入射中子(n₀)与TPC气体中的氢原子，即质子发生弹性散射，产生散射中子(n)和反冲质子(p)的过程。根据弹性散射过程的能量、动量守恒，可以证明n和p的方向互相垂直，且n₀的方向在n、p所确定的平面内。在快中子与质子产生一次弹性散射的情况下，如果测量到预定数量的事例，可以重建出多个n，p平面，则n₀的方向就在这些平面的相交线上，这个过程可例如通过算法(SBP、MLEM)实现。

SBP算法称为简单反投影算法(Simple Back Projection，也叫直接反投影)，简单反投影算法的基本原理如下：在测得了质子p和中子n的方向的情况下，可以把入射中子n₀的方向限定在一个平面上，更具体一点，是n、p方向所决定平面上，在n、p两方向所夹的部分范围中，将整个范围分成了m份，分别计算n₀在这m份所包含的范围内入射的概率。如果入射的快中子是平均分布的话，则计算出的入射范围在m中的概率都是1/m。通过预定次数的事例，可例如200个事例，这些小范围的分割也扩展到整个4π空间角，那么把上述过程重复200次，把每个小范围的200个概率(单次事例如果不在可能的范围内的话，就是0)简单相加，就得到了一幅简单反投影图像。

MLEM算法称为最大似然-期望最大化法，(maximum likelihood expectationmaximization)是一种迭代算法，它的实质是求矩阵方程Ax＝b的最小二乘解，即最小化|Ax-b|的残差。最大似然-期望最大化法的基本原理如下：在进行快中子成像时，如果把n₀的入射方向(空间4π角)划分为n个区间，把n、p的方向(两个分别都是空间4π角)划分为m个区间。那么A就是一个m行n列的矩阵，其中第i行第j列的元素a_ij代表从n个区间中第i个区间入射的n₀，其产生的n和p的方向在m个区间中的第j个区间的概率。x就是要求的n₀入射方向的结果，其第i个元素表示n₀方向在第i个区间的强度。b是测量到的n、p方向在划分的m个区间的分布。如果测量没有误差且事例足够多(预定数量的事例)的话，x的精确解就是n₀方向的分布。但由于测量误差和事例数不够多造成的统计误差，一般情况下只能求x的最小二乘解。MLEM就是用迭代方法求最小二乘解的一个算法。

图3是根据另一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法的原理示意图。如图3所示，在快中子与质子在探测器中产生二次作用情况下，通过获取第二预定数量的二次作用事例进行快中子成像。

由于在实际情况中，入射中子不可能是唯一性的单独一个进入探测器的，并且环境中还有很多其他放射性本底会在探测器中产生干扰信号。在进行快中子成像时，在现在有技术中，发现有两个质子响应的时候，首先是需要判断这两个质子响应是不是属于同一个入射中子n₀的，在现有技术中，这一过程被称为“符合”。通过如下情况判断探测器中是否产生了二次作用事例。

1)TPC可以给出两个质子产生的时间(时间零点)，如果是同一个n₀产生的，它们两个产生时间之差叫做中子n的渡越时间，应该在几十个ns量级，通过这个时间差排除干扰信号。

2)根据能量守恒原理与动量守恒原理，中子n₀与质子产生弹性碰撞时，其产生的n、p的方向夹角一定是90°。可以通过重建出来的n、p夹角的大小来排除干扰信号。

在快中子与质子产生二次作用的情况下，n的方向是利用中子连续两次与TPC气体的作用位置得到的。只要用TPC测出两次作用发生的位置坐标(即质子径迹的起始点)，n的方向即为两点的连线；p的方向是利用TPC重建质子径迹所得到的。使用这种方法，可以从中子连续两次与TPC气体作用的事例中重建出平面，多个这样的平面就能通过算法得出n₀的方向。需要指出的是，二次作用可以发生在其它探测器，如闪烁体阵列或塑料光纤中。另外，如果二次作用发生在TPC中，且也是一次与¹H原子核的弹性碰撞作用，则若反冲质子的能量、方向都能够用TPC测量到的话，通过测量预定数量的二次作用事例，则可以根据能量、动量守恒原理唯一确定n₀的方向、能量。其中，二次作用事例的数量，可例如少于前述二次作用事例的数量。

根据本发明的用于快中子成像的方法，在入射的快中子与¹H原子核进行二次作用的情况下，获取反冲质子的能量和方向，进而进行快中子成像的方式，能够在快中子成像中，获得更高的角度分辨率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述探测器包括：时间投影室。所述时间投影室包括：中子转换体，和/或多层中子转换体阵列。

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法中探测器的示意图。如图4所示，在本实施例中，可例如，TPC使用3层GEM探测器倍增放大。还可例如，TPC使用Micomegas、THGEM、多丝室或其他方式倍增放大。可例如，TPC使用Ar/C₂H₆(50/50)为工作气体。本发明不以此为限。可例如，TPC的读出面积大小为100mm×100mm。读出面积亦可为其他尺寸或者圆盘形等其他形状。可例如，TPC的读出pad大小为1mm×1mm的正方形。读出pad亦可为其他尺寸甚至三角形、六边形甚至二维条读出，本发明不以此为限。可例如TPC内加入了1层高密度聚乙烯作为中子转换体，其厚度为1mm，垂直于读出平面，由4片组成，构成边长为90mm的正方形。还可例如，TPC内加入多层中子转换体阵列，而中子转换体亦可为聚丙烯等其他材料，亦可为其他尺寸，亦可放置在TPC中的其他位置，亦可不加入多层中子转换体。在本实施例中，可例如，入射中子的方向为4π方向，还可例如，入射中子方向平行于TPC探测器的漂移方向。TPC探测器还包括高压供电、分压电路，其为探测器的各电极提供工作电压。

图5是根据一示例性实施例示出的带有中子转换体的TPC模拟的入射中子能谱图。图6是根据一示例性实施例示出的带有中子转换体的TPC模拟的入射中子角度分布图。如图5和图6所示，通过Geant 4对辐射响应的模拟计算，Garfield对电子在气体中扩散、漂移的模拟计算，Maxwell对电场分布的模拟计算，以及模拟反冲质子产生的初级电离漂移到收集pad上的过程。在使用如图4所示的TPC结构的探测器进行快中子成像时，探测器对入射中子的能量分辨率可达到6.7％(FWHM)@2MeV；使用简单反投影(SBP)算法，角度分辨率可达到8.2°(FWHM)@2MeV。也可以使用最大似然度最大期待值(MLEM)算法或其他算法，能量分辨率和角度分辨率可以得到进一步的提高。

图7是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法中探测器的示意图。TPC探测器的内部结构与图4相同，在此不再赘述。在本实施例中，探测器还包括：闪烁体阵列。可例如，闪烁体为具有n/γ的脉冲形状甄别(PSD)能力的液体闪烁体EJ-301。还可例如，使用其他液体闪烁体或塑料闪烁体，本发明不以此为限。可例如，闪烁体阵列位于TPC漂移方向的两端，两个阵列分别包括8个直径5cm，高度10cm的闪烁体。每个闪烁体距TPC的中心在漂移方向上相距50cm，在直径方向上相距25cm。

图8是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的方法中探测器的示意图。在本实施例中，探测器还包括：塑料光纤。图8右侧所示的TPC探测器实际位置在左侧圆柱体的中心，图中大小仅为示意，并不代表真实比例。图8中的TPC探测器的内部结构与图4相同，在此不再赘述。可例如，塑料光纤选择直径为1mm的BCF-91A光纤。本发明不以此为限。塑料光纤紧密缠绕在TPC探测器的外壳上，该外壳的尺寸为直径30cm。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤被实现为由CPU执行的计算机程序。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明提供的上述方法所限定的上述功能。所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

图9是根据另一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。

其中探测器902用于使快中子入射到探测器中，从而快中子与探测器中质子发生一次弹性散射和/或二次作用，以产生散射中子和反冲质子，反冲质子形成电子和阳离子，探测器包括时间投影室。

信号响应模块904用于获取所述电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；

信号获取模块906用于通过响应信号，获取电子的漂移时间、坐标以及数量。

中子模块908用于获取所述散射中子的信息。以及

成像模块910用于通过电子的漂移时间、坐标以及数量，进行快中子的成像。

根据本发明的用于快中子成像的探测系统，通过探测器获得与入射的快中子进行弹性散射的反冲质子的能量和方向，进而对入射的快中子进行成像的方式，能够提高特殊核材料监测中，对快中子能量以及方向重建的精度。

图10是根据另一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。图10是对图9中成像模块910的示例性描述。

其中拟合子模块9102用于通过电子的漂移时间与坐标，获得反冲质子的运动方向。以及

质量子模块9104用于通过电子的数量获取反冲质子的能量。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施例的方法。

通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实施例的用于快中子成像的方法及探测系统具有以下优点中的一个或多个。

根据一些实施例，本发明的用于快中子成像的方法，通过探测器获得与入射的快中子进行弹性散射的反冲质子的能量和方向，进而对入射的快中子进行成像的方式，能够提高特殊核材料监测中，对快中子能量以及方向重建的精度。

根据另一些实施例，本发明的用于快中子成像的方法，在入射的快中子与质子进行二次作用的情况下，获取反冲质子的能力和方向，进而进行快中子成像的方式，能够在快中子成像中，获得更高的角度分辨率。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

此外，本说明书说明书附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均应仍落在本公开所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「第一」、「第二」及「一」等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。

Claims (18)

1.一种用于快中子成像的方法，其特征在于，包括：

使快中子入射到探测器中，从而所述快中子与所述探测器中¹H原子核发生一次弹性散射，其中所述一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，所述散射中子在所述探测器中发生二次作用，所述反冲质子在所述探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，所述探测器包括时间投影室；

获取所述电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；

通过所述响应信号，获取所述电子的漂移时间、坐标以及数量；获取所述散射中子的信息；以及

通过所述散射中子的信息、所述电子的所述漂移时间、所述坐标以及所述数量，进行所述快中子的成像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述散射中子的信息，包括：

通过所述探测器获取的所述一次弹性散射和所述二次作用发生的位置、沉积的能量，进而获取所述散射中子的信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述散射中子的信息、所述电子的漂移时间、坐标以及数量，进行所述快中子的成像，包括：

通过所述电子的漂移时间、坐标以及数量，获取所述反冲质子的信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述电子的漂移时间、坐标以及数量，获取所述反冲质子的信息，包括：

通过所述电子的所述漂移时间与所述坐标，获得所述反冲质子的运动方向。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过所述电子的漂移时间与所述坐标，获得所述反冲质子的运动方向，包括：

通过所述漂移时间与所述坐标，获取所述反冲质子在三维空间中的坐标；以及

通过拟合所述反冲质子在三维空间中的坐标，获得所述反冲质子的运动方向。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

通过所述电子的所述数量获取所述反冲质子的能量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：

在所述快中子与所述¹H原子核在所述探测器中产生一次弹性散射情况下，通过获取第一预定数量的所述一次弹性散射事例进行所述快中子成像。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述快中子与所述¹H原子核在所述探测器中产生二次作用情况下，通过获取第二预定数量的所述二次作用事例进行所述快中子成像。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间投影室包括：中子转换体。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间投影室包括：多层中子转换体阵列。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测器还包括：闪烁体阵列。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测器还包括：塑料光纤。

13.一种用于快中子成像的探测系统，其特征在于，包括：

探测器，用于使快中子入射到探测器中，从而所述快中子与所述探测器中¹H原子核发生一次弹性散射，其中所述一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，所述散射中子在探测器中发生二次作用，所述反冲质子在所述探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，所述探测器包括时间投影室；

信号响应模块，用于获取所述电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；

信号获取模块，用于通过所述响应信号，获取所述电子的漂移时间、坐标以及数量；

中子模块，用于获取所述散射中子的信息；以及

成像模块，用于通过所述散射中子的信息、所述电子的所述漂移时间、所述坐标以及所述数量，进行所述快中子的成像。

14.如权利要求13所述的探测系统，其特征在于，所述成像模块还包括：

拟合子模块，用于通过所述电子的所述漂移时间与所述坐标，获得所述反冲质子的运动方向；以及

质量子模块，用于通过所述电子的所述数量获取所述反冲质子的能量。

15.如权利要求13所述的探测系统，其特征在于，所述时间投影室包括：中子转换体。

16.如权利要求13所述的探测系统，其特征在于，所述时间投影室包括：多层中子转换体阵列。

17.如权利要求13所述的探测系统，其特征在于，所述探测器还包括：闪烁体阵列。

18.如权利要求13所述的探测系统，其特征在于，所述探测器还包括：塑料光纤。