CN108375784A - 一种多层球形慢化体容器和中子能谱实时测量装置 - Google Patents
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Abstract
多层球形慢化体容器，从内至外由若干个内径不同的同心空心球壳层层累加构成，i=1、2、3、4，……，n，每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i‑1个空心球壳之间的空间均通过与其对应的管路与外部液态慢化体回路连通。一种中子能谱实时测量装置，包括球形中子探测器、后端核电子学处理电路，多层球形慢化体容器和液态慢化体回路；所述多层球形慢化体容器包裹球形中子探测器；对每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i‑1个空心球壳之间的空间，所述液态慢化体回路可实时控制液态慢化体充满或排空该空间，对中子进行慢化，使其易被球形中子探测器所探测。本发明可对中子能谱进行实时测量，具有成本低和使用方便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层球形慢化体容器和一种中子能谱实时测量装置，属于中子能谱测量技术领域。
背景技术
目前国内外可同时适用于场所和环境的实时中子能谱测量系统较少，一般选用多球中子谱仪。多球中子谱仪，也称Bonner谱仪，由多个直径不同的球形探测器组成。球形探测器外部为聚乙烯慢化体，球心位置有中子探测器。直径不同的球形探测器对应不同的中子能量段。Bonner谱仪使用多个球形探测器，需要多个中子探测器和与之对应的后端核电子学电路，其成本较高；另外，Bonner谱仪使用多个球形探测器，其体积较大，使用不便。
公开号为 CN 102866416 A的发明专利公布了一种连续中子谱实时探测系统。该发明采用若干层球壳形聚乙烯慢化层、若干个球壳形热中子探测器及其附属电路形成多层球形中子测量系统。“不同能量的中子入射到探测系统后，经过不同层数慢化层，慢化为热中子后，最终被某层的探测器系统探测到。”该连续中子谱实时探测系统使用起来较为方便，也可以实时测量中子能谱。不过，由于该系统仍然需要用到多个中子探测器，其成本仍然较高。
公开号为CN 102736100 A的发明专利公布了一种多层球形聚乙烯慢化体和单探头中子能谱及注量测量装置。该装置采用多个内径不同的球形聚乙烯慢化体层层累加构成，球心处为中子探测器。该装置成本较低。不过，使用这种装置测量中子能谱时，需要逐级手动安装或拆除球形聚乙烯慢化体，选择合适的慢化体层数从而使得中子探测器能够探测到中子信号，使用起来并不方便。同样基于以上原因，该装置也不能实时测量中子能谱。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种中子能谱实时测量装置，该装置具有成本低和使用方便的特点。
本发明的技术解决方案是：一种多层球形慢化体容器，从内至外由若干个内径不同的同心空心球壳层层累加构成，i=1、2、3、4，……，n，其中第1个空心球壳的内径等于球形中子探测器的直径；以后i=2、3、4，……，n的每个空心球壳的内径大于第i-1个空心球壳的外径，每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间均通过与其对应的管路与外部液态慢化体回路连通。
可选的，所述同心空心球壳为金属材料，通过焊接固定在半径方向上贯穿所有同心空心球壳的中空金属连接件上。
可选的，所述中空金属连接件为中空圆台形或中空圆柱形或中空棱台形或中空棱柱形。
可选的，所述中空金属连接件中可填充石蜡材料，使得多层慢化体容器形成密封的球体。
可选的，所述每个空心球壳为一个整体，不可拆分为两个半球。
可选的，所述多层球形慢化体容器可沿直径平面分成两个多层半球；两个多层半球均由同心的空心半球壳层层累加构成；两个多层半球在直径平面上除最内侧的半球壳范围内的区域不密闭之外，直径平面上其余区域均为密闭的；两个多层半球之间通过卡槽连接。
一种中子能谱实时测量装置，包括球形中子探测器、后端核电子学处理电路，所述中子能谱实时测量装置还包括上文所述的多层球形慢化体容器和液态慢化体回路；所述多层球形慢化体容器包裹球形中子探测器；所述液态慢化体回路包括液态慢化体及其管路和罐体、电动泵、电磁阀、传感器和液态慢化体回路的控制电路；根据测量需要，对每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间，所述液态慢化体回路的控制电路通过电动泵和电磁阀实时控制液态慢化体充满或排空该空间，对中子进行慢化，使中子慢化后能够易被球形中子探测器所探测。
可选的，所述中子能谱实时测量装置还包括显示面板和其上液态慢化体回路的若干个信号灯；若第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间被液态慢化体充满，则对应的信号灯亮；反之，若第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的空间的液态慢化体被排空，则对应的信号灯灭。
可选的，所述中子能谱实时测量装置还包括控制面板和其上的多个控制按钮；若按下对应的按钮，则第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间充入液态慢化体；若弹起对应的按钮，则第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间排空液态慢化体。
本发明与现有技术相比的优点在于如下几点。
（1）本发明采用的多层球形慢化体容器带有和外部液态慢化体回路相通的管路，可以用于充入或排空液态慢化体，使用时无需如公开号为CN 102736100 A的发明专利一样拆卸多层球形体的内部结构，使用起来较为方便。
（2）本发明的中子能谱实时测量装置使用的是单个球形中子探测器和一套后端核电子学处理电路，成本低于现有的Bonner谱仪和公开号为CN 102866416 A的发明专利公布的连续中子谱实时探测系统。
（3）本发明的中子能谱实时测量装置使用多层球形慢化体容器和液态慢化体回路，可在线通过电动泵和电磁阀自动控制充满或排空对应的空心球壳之间的空间，从而可对中子能谱实时在线测量。特别需要指出的是，由于不需要使用者手动的拆卸相应的慢化体层，本装置尤其适用于使用者不方便操作的环境区域的测量，比如核反应堆附近的中子能谱测量。
附图说明
图1为本发明的实施方式1的多层球形慢化体容器及球形中子探测器的结构图。
图2为本发明的中子能谱实时测量装置的结构图。
图3为本发明的实施方式2的多层球形慢化体容器及球形中子探测器的结构图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的多层球形慢化体容器。1为同心空心球壳；2为每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间对应的管路；3为外部液态慢化体回路；4为中空圆柱形的金属连接件。
该多层球形慢化体容器由从内至外由若干个内径不同的同心空心球壳层层累加构成，i=1、2、3、4，……，n，其中第1个空心球壳的内径等于球形中子探测器的直径；以后i=2、3、4，……，n的每个空心球壳的内径大于第i-1个空心球壳的外径，每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间均通过与其对应的管路与外部液态慢化体回路连通。
所述同心空心球壳为金属材料，通过焊接固定在半径方向上贯穿所有同心空心球壳的中空金属连接件上。
所述中空金属连接件为中空圆柱形。中空金属连接件也可以为其它中空形状，比如中空圆台形、中空棱台形或中空棱柱形。
所述中空金属连接件中填充石蜡材料，使得多层慢化体容器形成密封的球体。
所述每个空心球壳为一个整体，不可拆分为两个半球。
如图2所示的中子能谱实时测量装置。5为球形中子探测器；6为多层球形慢化体容器；7为后端核电子学处理电路；8为球形中子探测器与后端核电子学处理电路之间的信号电缆；9为液态慢化体回路与控制面板和显示面板之间的信号电缆；10为显示面板；11为控制面板。注意到此处为体现其他细节，图1中每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间对应的管路2在图2中统一表示为一对管路了。
该中子能谱实时测量装置包括球形中子探测器、后端核电子学处理电路，所述中子能谱实时测量装置还包括上文所述的多层球形慢化体容器和液态慢化体回路；所述多层球形慢化体容器包裹球形中子探测器；所述液态慢化体回路包括液态慢化体及其管路和罐体、电动泵、电磁阀、传感器和液态慢化体回路的控制电路；根据测量需要，对每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间，所述液态慢化体回路的控制电路通过电动泵和电磁阀实时控制液态慢化体充满或排空该空间，对中子进行慢化，使中子慢化后能够易被球形中子探测器所探测。
需要指出的是，对每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间，均有与其对应的电动泵、电磁阀和传感器；不同的独立空间之间的液态慢化体回路是独立的。即一个独立空间被充满或排空不影响其他独立空间的状态。
所述中子能谱实时测量装置还包括显示面板和其上液态慢化体回路的(n-1)个信号灯；若第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间被液态慢化体充满，则对应的信号灯亮；反之，若第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的空间的液态慢化体被排空，则对应的信号灯灭。独立空间被充满或排空的信号来自液态慢化体回路中对应于该独立空间的传感器。
所述中子能谱实时测量装置还包括控制面板和其上的(n-1)个控制按钮；若按下对应的按钮，则第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间充入液态慢化体；若弹起对应的按钮，则第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间排空液态慢化体。该独立空间的控制按钮控制的是液态慢化体回路中对应于该独立空间的电动泵和电磁阀。
特别需要指出的是，此处的控制按钮是手动的，但这并不表示控制面板仅仅有手动控制功能。实际上控制面板也能根据用户预先的设定，对慢化体回路进行自动控制。
还需要指出的是，本实施例中的显示面板和控制面板可以是在本地，也可以是远程的。
实施例2
如图3所示，所述多层球形慢化体容器可沿直径平面分成两个多层半球；两个多层半球均由同心的空心半球壳层层累加构成；两个多层半球在直径平面上除最内侧的半球壳范围内的区域不密闭之外，直径平面上其余区域均为密闭的；两个多层半球之间通过卡槽连接。
两个多层半球每个半球壳之间的独立空间均有一条液态慢化体充入管道和一条排空管道2通向外部。
球形中子探测器5被两个多层半球合起来包裹在球心。若需要更换球形中子探测器，只需要拆开两个多层半球即可，方便维护。
本实施例将独立空间的数量从实施例1的（n-1）个变成了2（n-1）个。这主要是因为左右两个多层半球之间除了最里层装球形中子探测器的半球壳之外的其余各层是独立不相通的。实施例1中的需要填充或排空液态慢化体的独立空间的个数为（n-1）个；实施例2中的需要填充或排空液态慢化体的独立空间的个数为2（n-1）个。
上面的区别造成了显示面板上的信号灯和控制面板上的控制按钮均比实施例1多了一倍。隐含的，对应的液态慢化体回路中的电动泵、电磁阀和传感器的个数也比实施例1多了一倍。
本实施例除了上述区别之外，其余部分的实现方案和实施例1的类似。
Claims (9)
1.一种多层球形慢化体容器，从内至外由若干个内径不同的同心空心球壳层层累加构成，i=1、2、3、4，……，n，其中第1个空心球壳的内径等于球形中子探测器的直径；以后i=2、3、4，……，n的每个空心球壳的内径大于第i-1个空心球壳的外径，其特征在于：每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间均通过与其对应的管路与外部液态慢化体回路连通。
2.根据权利要求1所述的多层球形慢化体容器，其特征在于：所述同心空心球壳为金属材料，通过焊接固定在半径方向上贯穿所有同心空心球壳的中空金属连接件上。
3.根据权利要求2所述的多层球形慢化体容器，其特征在于：所述中空金属连接件为中空圆台形或中空圆柱形或中空棱台形或中空棱柱形。
4.根据权利要求2所述的多层球形慢化体容器，其特征在于：所述中空金属连接件中可填充石蜡材料，使得多层慢化体容器形成密封的球体。
5.根据权利要求1所述的多层球形慢化体容器，其特征在于：所述每个空心球壳为一个整体，不可拆分为两个半球。
6.根据权利要求1所述的多层球形慢化体容器，其特征在于：所述多层球形慢化体容器可沿直径平面分成两个多层半球；两个多层半球均由同心的空心半球壳层层累加构成；两个多层半球在直径平面上除最内侧的半球壳范围内的区域不密闭之外，直径平面上其余区域均为密闭的；两个多层半球之间通过卡槽连接。
7.一种中子能谱实时测量装置，包括球形中子探测器、后端核电子学处理电路，其特征在于：所述中子能谱实时测量装置还包括权利要求1所述的多层球形慢化体容器和液态慢化体回路；所述多层球形慢化体容器包裹球形中子探测器；所述液态慢化体回路包括液态慢化体及其管路和罐体、电动泵、电磁阀、传感器和液态慢化体回路的控制电路；根据测量需要，对每个i=2、3、4，……，n的空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间，所述液态慢化体回路的控制电路通过电动泵和电磁阀实时控制液态慢化体充满或排空该空间，对中子进行慢化，使中子慢化后能够易被球形中子探测器所探测。
8.根据权利要求7所述的一种多层球形中子能谱实时测量装置，其特征在于：所述中子能谱实时测量装置还包括显示面板和其上液态慢化体回路的若干个信号灯；若第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间被液态慢化体充满，则对应的信号灯亮；反之，若第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的空间的液态慢化体被排空，则对应的信号灯灭。
9.根据权利要求7所述的一种多层球形中子能谱实时测量装置，其特征在于：所述中子能谱实时测量装置还包括控制面板和其上的多个控制按钮；若按下对应的按钮，则第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间充入液态慢化体；若弹起对应的按钮，则第i=2，3，4……n个空心球壳与第i-1个空心球壳之间的独立空间排空液态慢化体。
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