CN108152310A - 一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体，外屏蔽体为内部设有腔室的盒体，内屏蔽体上部和内屏蔽体下部均设置在外屏蔽体的腔室中，内屏蔽体上部安装在内屏蔽体下部上；内屏蔽体下部上开设有凹槽，外屏蔽体侧面开设有第一开孔，样品抽屉通过第一开孔可抽拉设置在凹槽内；凹槽后端的下部设置有中子源室，样品抽屉上设置有样品槽；内屏蔽体上部在与样品槽对应的位置设置有上下连通的探测通道，外屏蔽体顶部与探测通道对应的位置开设有第二开孔，活塞通过第二开孔塞放在探测通道内；外屏蔽体由重金属材料制成，内屏蔽体上部、内屏蔽体下部、样品抽屉和活塞均由轻元素材料制成。本发明用于中子活化分析实验时作为屏蔽体。

Description

一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体
技术领域
本发明涉及防辐射屏蔽体技术领域，具体涉及一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体。
背景技术
中子活化分析法是一种重要的核分析技术，它具有灵敏度较高、多元素同时分析、非破坏性等优点，目前广泛被运用于工业、农业、医疗卫生、环境保护、地质勘探以及考古学等领域，是现代最先进的分析技术之一。
中子活化分析法的原理是利用中子源所产生的中子与目标物质发生核反应，作为反应产物的各种放射性射线将会在辐照过程中放出，通过探测器的收集，得到射线的特征曲线，从而分析目标物质的组成成分。在整个实验过程中，中子源扮演了极其重要的角色，可以说是整个实验的核心所在。为了实验能够有效地进行，实验人员通常选用能够自发裂变的中子源：252Cf 中子源。
252Cf 中子源可以自发裂变放出快中子，平均能量约为2.3MeV。它具有较高的中子产额，大约107𝑛/𝑠，这样可以保证目标物质完全被活化。为了让中子源辐射出的中子和γ射线对人体的辐射剂量达到国家制定标准的安全值，同时对环境不造成影响，屏蔽体的设计显得尤为重要。根据弹性散射的碰撞规律可知，相较于原子质量大的物质，原子质量小的物质与中子的反应截面更大，也就是说原子质量小的物质更容易与中子碰撞。此类物质能够有效降低中子能量，完成慢化或吸收。聚乙烯便是一种屏蔽中子的良好材料。除此之外，随着聚乙烯厚度的增加，其屏蔽中子的能力也会增强。
除了要考虑屏蔽中子以外，屏蔽体的设计也要能够屏蔽γ射线，与中子不同的是，原子质量大的材料可以有效地屏蔽γ射线，比如铅、铁、混凝土等。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可以屏蔽中子活化分析实验过程中产生的中子和γ射线的屏蔽体。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体，包括外屏蔽体、内屏蔽体上部、内屏蔽体下部、样品抽屉和活塞，所述外屏蔽体为内部设有腔室的盒体，所述内屏蔽体上部和内屏蔽体下部均设置在外屏蔽体的腔室中，所述内屏蔽体上部安装在内屏蔽体下部上；所述内屏蔽体下部上开设有前端延伸到侧面的凹槽，所述外屏蔽体侧面与所述凹槽对应的位置开设有第一开孔，所述样品抽屉通过所述的第一开孔可抽拉设置在所述的凹槽内；所述凹槽后端的下部设置有中子源室，所述的样品抽屉上与中子源室对应的位置设置有样品槽；所述的内屏蔽体上部在与所述样品槽对应的位置设置有上下连通的探测通道，所述外屏蔽体顶部与所述的探测通道对应的位置开设有第二开孔，所述活塞通过第二开孔塞放在探测通道内；所述外屏蔽体由重金属材料制成，所述内屏蔽体上部、内屏蔽体下部、样品抽屉和活塞均由轻元素材料制成。
进一步地，所述的样品槽的深度值比样品抽屉的高度值略小。
进一步地，所述的探测通道包括下通道和上通道，所述的下通道和上通道为同轴的圆柱状通孔，所述下通道的直径比上通道的直径小；所述的活塞与所述的探测通道相匹配。
进一步地，所述的内屏蔽体下部的顶部四周设置有侧挡板，所述内屏蔽体上部通过所述侧挡板限制在内屏蔽体下部上。
进一步地，所述的中子源室包括从下往上依次设置的下层室、中层室和上层室，所述的下层室为半球状的腔室，所述中层室为圆柱状，所述上层室为开口向上的喇叭状。
进一步地，所述外屏蔽体为铅盒，所述内屏蔽体上部、内屏蔽体下部、样品抽屉和活塞均由聚乙烯材料制成。
进一步地，所述的中子源室、样品槽和探测通道同轴。
进一步地，所述的活塞的末端设置有第二重金属层，所述样品抽屉末端设置有第一重金属屏蔽层。
进一步地，所述第一重金属屏蔽层和第二重金属层均为铅层。
进一步地，所述第二重金属层上设置有第二把手，所述第一重金属屏蔽层设置有第一把手。
本发明实现的有益效果主要有以下几点：通过内、外屏蔽体两层屏蔽结构，实现了中子和γ射线的屏蔽；通过样品抽屉进行取放实验样品，实验时不需要打开屏蔽体，更好的避免了中子和γ射线直接辐射到人体；设置活塞来堵塞测试通道，使得不使用屏蔽体时更安全，并且方便离线中子活化实验；内屏蔽体又分为上下两部分，便于加工制作和后期维护；中子源室远离内屏蔽体上部和内屏蔽体下部的交界位置，屏蔽中子的效果更好。
附图说明
图1为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的外屏蔽体的结构示意图；
图3为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的内屏蔽体下部的结构示意图；
图4为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的内屏蔽体上部的结构示意图；
图5为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的样品抽屉的结构示意图；
图6为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的活塞的结构示意图；
图7为本发明实施例一中用于中子活化实验的中子源屏蔽体的中子源室的结构示意图；
图8为本发明实施例一中的中子活化分析在线实验流程示意图；
图9为本发明实施例一中的中子活化分析离线实验流程示意图。
附图标记说明：1-外屏蔽体，11-第一开孔，12-第二开孔；2-内屏蔽体下部，21-凹槽，22-侧挡板，23-中子源室，231-下层室，232-中层室，233-上层室；3-内屏蔽体上部，311-上通道，312-下通道；4-样品抽屉，41-样品槽，42-第一把手，43-第一重金属层；5-活塞，51-第二把手，52-第二重金属层。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。
实施例一
请参阅图1，一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体，包括外屏蔽体1、内屏蔽体上部3、内屏蔽体下部2、样品抽屉4和活塞5；所述的外屏蔽体1是由重金属材料制成的盒体结构，用于屏蔽γ射线；所述内屏蔽体上部3、内屏蔽体下部2、样品抽屉4和活塞5均为由轻元素材料制成的块状结构，用来屏蔽中子，所述内屏蔽体下部2还用于存放中子源，所述内屏蔽体上部3还用于放置探测器，所述样品抽屉4用于存放实验样品，所述活塞5用于在不使用该屏蔽体时塞住屏蔽体上部3上放置探测器的通道，更好的屏蔽中子。
请参阅图1~图5，所述内屏蔽体上部3和内屏蔽体下部2均设置在外屏蔽体1的腔室内部，所述内屏蔽体上部3安装在内屏蔽体下部2上；所述内屏蔽体下部2上开设有前端延伸到侧面的凹槽21，所述外屏蔽体1侧面与所述凹槽21对应的位置开设有第一开孔11，从而所述的样品抽屉4可以通过所述的第一开孔11可抽拉设置在所述的凹槽21内，即样品抽屉4可以从凹槽21拉出放入样品后再放入凹槽21。所述凹槽21后端的下部设置有用于盛放中子源的中子源室23，所述的样品抽屉4上与中子源室对应的位置设置有样品槽41；所述的内屏蔽体上部3在与所述样品槽41对应的位置设置有上下连通的探测通道，所述外屏蔽体1顶部与所述的探测通道对应的位置开设有第二开孔12，所述活塞5通过第二开孔12塞放在探测通道内，在中子活化分析时取出活塞，在不使用时使用活塞5塞住测试通道。
通过上述的屏蔽体，可以将中子源屏蔽在外屏蔽体1的中央，中子源有内层的轻元素材料和外层的重金属材料屏蔽，将中子和γ射线均屏蔽掉；还可通过样品抽屉4来放置实验样品，放置样品比较方便；通过活塞5堵塞测试通道，使得整个屏蔽体更安全。
请参阅图5，所述的样品槽41的深度值比样品抽屉4的高度值略小；方便使用时在中子源和样品之间根据需要加入不同厚度的聚乙烯片，从而通过改变聚乙烯片的厚度，来改变中子慢化后的能量，从而输出一定能量的中子。
请参阅图4，所述的探测通道包括下通道312和上通道311，所述的下通道312和上通道311为同轴的圆柱状通孔，所述下通道312的直径比上通道311的直径小；所述的活塞5与所述的探测通道相匹配；这样可以限制活塞5塞入测试通道的深度，避免活塞5损坏样品槽41中的离线实验样品。
请参阅图3，所述的内屏蔽体下部2的顶部四周设置有侧挡板22，所述内屏蔽体上部3通过所述侧挡板22限制在内屏蔽体下部2上；通过这种简单的机械结构将内屏蔽体上部3和内屏蔽体下部2连接固定，屏蔽体成本低、更易获得。
请参阅图7，所述的中子源室23包括从下往上依次设置的下层室231、中层室232和上层室233，所述的下层室231为半球状的腔室，所述中层室232为圆柱状，所述上层室233为开口向上的喇叭状；这种结构的中子源室23使得中子更容易向上散射，使得中子活化分析实验效率更高，并且中子源远离内屏蔽体上部3和内屏蔽体下部2的交界位置，屏蔽效果好。所述的中子源室23、样品槽41和探测通道同轴，进一步的保证了活化分析时更多的中子可以达到实验样品，并且探测器能够收集尽可能多的射线。
所述外屏蔽体1为铅盒，所述内屏蔽体上部3、内屏蔽体下部2、样品抽屉4和活塞5均由聚乙烯材料制成；铅和聚乙烯均为工业中常用材料，容易获得，从而使得本发明的屏蔽体造价更低。
请参阅图5和图6，所述的活塞5的末端设置有第二重金属层52，所述样品抽屉4末端设置有第一重金属屏蔽层43；优选地，所述第一重金属屏蔽层43和第二重金属层52均为铅层。第二重金属层52上设置有第二把手51，所述第一重金属屏蔽层43设置有第一把手42，所述的把手方便样品抽屉4的抽拉和活塞5的取放。
前述的内屏蔽体上部3和内屏蔽体下部2之间采用过盈配合连接，前述的内屏蔽体上部3、内屏蔽体下部2与外屏蔽体1之间采用过度配合连接，前述的样品抽屉4与凹槽21、活塞5和测试通道通过间隙配合连接。
请参阅图8，本发明的屏蔽体需要在中子源室23中放入中子源使用，可以选用252Cf中子源。本发明的屏蔽体用于中子活化分析在线实验的步骤为：首先拉开样品抽屉4，在样品槽41中根据需要放入聚乙烯片，在聚乙烯片上放置测试样品，再关上样品抽屉4；然后取出活塞5，在探测通道内放入探测器；从而中子源开始照射实验样品，通过实验样品被照射后发出射线来分析元素。
请参阅图9，本发明的屏蔽体用于中子活化分析离线实验的步骤为：首先拉开样品抽屉4，在样品槽41中根据需要放入聚乙烯片，在聚乙烯片上放置测试样品，再关上样品抽屉4；从而中子源开始照射实验样品，照射预定的时间后取出样品，分析被照射后的样品。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：包括外屏蔽体（1）、内屏蔽体上部（3）、内屏蔽体下部（2）、样品抽屉（4）和活塞（5），所述外屏蔽体（1）为内部设有腔室的盒体，所述内屏蔽体上部（3）和内屏蔽体下部（2）均设置在外屏蔽体（1）的腔室中，所述内屏蔽体上部（3）安装在内屏蔽体下部（2）上；所述内屏蔽体下部（2）上开设有前端延伸到侧面的凹槽（21），所述外屏蔽体（1）侧面与所述凹槽（21）对应的位置开设有第一开孔（11），所述样品抽屉（4）通过所述的第一开孔（11）可抽拉设置在所述的凹槽（21）内；所述凹槽（21）后端的下部设置有中子源室（23），所述的样品抽屉（4）上与中子源室对应的位置设置有样品槽（41）；所述的内屏蔽体上部（3）在与所述样品槽（41）对应的位置设置有上下连通的探测通道（311、312），所述外屏蔽体（1）顶部与所述的探测通道对应的位置开设有第二开孔（12），所述活塞（5）通过第二开孔（12）塞放在探测通道内；所述外屏蔽体（1）由重金属材料制成，所述内屏蔽体上部（3）、内屏蔽体下部（2）、样品抽屉（4）和活塞（5）均由轻元素材料制成。
2.根据权利要求1所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述的样品槽（41）的深度值比样品抽屉（4）的高度值略小。
3.根据权利要求1所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述的探测通道包括下通道（312）和上通道（311），所述的下通道（312）和上通道（311）为同轴的圆柱状通孔，所述下通道（312）的直径比上通道（311）的直径小；所述的活塞（5）与所述的探测通道相匹配。
4.根据权利要求1所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述的内屏蔽体下部（2）的顶部四周设置有侧挡板（22），所述内屏蔽体上部（3）通过所述侧挡板（22）限制在内屏蔽体下部（2）上。
5.根据权利要求1所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述的中子源室（23）包括从下往上依次设置的下层室（231）、中层室（232）和上层室（233），所述的下层室（231）为半球状的腔室，所述中层室（232）为圆柱状，所述上层室（233）为开口向上的喇叭状。
6.根据权利要求1~5任一项所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述外屏蔽体（1）为铅盒，所述内屏蔽体上部（3）、内屏蔽体下部（2）、样品抽屉（4）和活塞（5）均由聚乙烯材料制成。
7.根据权利要求6所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述的中子源室（23）、样品槽（41）和探测通道同轴。
8.根据权利要求6所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述的活塞（5）的末端设置有第二重金属层（52），所述样品抽屉（4）末端设置有第一重金属屏蔽层（43）。
9.根据权利要求8所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述第一重金属屏蔽层（43）和第二重金属层（52）均为铅层。
10.根据权利要求9所述的用于中子活化实验的中子源屏蔽体，其特征在于：所述第二重金属层（52）上设置有第二把手（51），所述第一重金属屏蔽层（43）设置有第一把手（42）。
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