CN108398709A - 一种光纤辐射探头 - Google Patents

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杨中建
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Abstract

本发明属于核辐射测量技术领域，涉及一种光纤辐射探头。所述的光纤辐射探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，探测材料由含9Be的物质以及闪烁体材料组成；金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。利用本发明的光纤辐射探头，在探测材料中用稳定核素9Be代替现有技术的232Th或238U，可在周围无快中子的情况下，不会在闪烁体材料中产生由其衰变或自发裂变引起的闪烁光；且在某些特定的快中子能量段，由于9Be与中子的反应截面与232Th及238U接近，因此可利用闪烁体材料与9Be混合物进行快中子测量，可获得较探测材料由闪烁体材料与232Th或238U组成的探头更低的探测下限。

Description

一种光纤辐射探头
技术领域
本发明属于核辐射测量技术领域，涉及一种光纤辐射探头。
背景技术
光纤辐射探头由于体积小，适合于在诸如反应堆内燃料元件棒间狭窄空间中的辐射测量。目前国内外文献报道的用于中子测量的光纤辐射探头通常由ZnS:Ag与中子转换体的混合物构成。用于热中子测量时，中子转换体通常为6Li或235U；用于快中子测量时，中子转换体通常为232Th或238U。其原理是中子转换体与中子反应可生成α粒子、质子或裂变碎片等具有高电离作用能力的粒子。这些粒子与ZnS:Ag发生作用后可生成闪烁光，由微弱光探测电路对闪烁光进行探测，可获得探头所在位置处的中子信息。
由于232Th与238U会发生α衰变及自发裂变反应，即便在周围不存在快中子的情况下，由其生成的α粒子及裂变碎片也会在ZnS:Ag中产生闪烁光，从而使探头的测量下限升高。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤辐射探头，以避免闪烁体材料中产生由其衰变或自发裂变引起的闪烁光，并较探测材料由闪烁体材料(例如ZnS:Ag)与232Th或238U组成的探头具有更低的探测下限。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，所述的探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，
所述的探测材料由含9Be的物质以及闪烁体材料组成；
所述的金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的含9Be的物质为铍粉。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的闪烁体材料为ZnS:Ag(即掺银硫化锌)。
所述的闪烁体材料是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，在辐射探测领域发挥着十分重要的作用。常用的闪烁体材料有NaI:Tl、CsI:Tl、CsI:Na、ZnS:Ag、塑料闪烁体、蒽、茋等。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的含9Be的物质与所述的ZnS(不计其中掺入的Ag)的摩尔比为1:0.1-1:10。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的光纤为传导光纤，所述的传导光纤为石英光纤或塑料光纤。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的探测材料涂覆在所述的传导光纤末端的顶端。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的光纤为波长转换光纤。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种光纤辐射探头，其中所述的光纤为相互连接的传导光纤与波长转换光纤，所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。
本发明的有益效果在于，利用本发明的光纤辐射探头，在探测材料中用稳定核素9Be代替现有技术的232Th或238U，可在周围无快中子的情况下，不会在闪烁体材料中产生由其衰变或自发裂变引起的闪烁光；且在某些特定的快中子能量段，由于9Be与中子的反应截面与232Th及238U接近，因此可利用闪烁体材料与9Be混合物进行快中子测量，可获得较探测材料由闪烁体材料与232Th或238U组成的探头更低的探测下限。因此，利用本发明的光纤辐射探头，可解决传统的由闪烁体材料与232Th或238U混合物构成的探头本底信号较高的问题。
附图说明
图1为9Be与中子的(n,α)反应的入射中子能量与微观截面的关系图。
图2为232Th与中子的(n,f)反应的入射中子能量与微观截面的关系图。
图3为238U与中子的(n,f)反应的入射中子能量与微观截面的关系图。
图4为示例性的本发明的光纤辐射探头的组装图，其中光纤为传导光纤(石英光纤或塑料光纤)。
图5为示例性的本发明的光纤辐射探头的组装图，其中光纤为波长转换光纤。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
传统的用于快中子测量的光纤辐射探头的探头材料由ZnS:Ag与232Th或
238U的混合物构成。本发明则利用市售的粒径为300目的铍粉(其中的元素铍为9Be)代替传统探头中的232Th或238U，ZnS:Ag粉末来源于市售(其中Ag的质量百分含量在0.001％-0.01％之间)，铍粉与ZnS(不计其中掺入的Ag)的摩尔比为1:1。9Be与快中子的主要反应为(n，α)反应(阈值约为0.7MeV)，其反应截面如图1所示。
232Th与快中子的主要反应为裂变反应(阈值约为1.3MeV)，其反应截面如图2所示。
238U与快中子的主要反应为裂变反应(阈值约为1.2MeV)，其反应截面如图3所示。
由图1-3可见，在某些能量段内(3MeV附近)，中子与9Be的(n,α)反应截面和中子与232Th及与238U的裂变反应截面相比，虽较低一些，但相差不是很多。如利用232Th或238U作为中子转换体时能够明显测量到中子信号，在其他条件相当的情况下，利用9Be作为中子转换体的探头通常也能测到中子信号。然而由于9Be属于稳定核素，不会自发生成带电离能力的粒子，不会产生由探测材料物质内部生成的本底信号，因此在其它条件相当的情况下，仍可做到其探测下限低于利用232Th或238U作为中子转换体的探头的探测下限。
示例性的本发明的光纤辐射探头的组装图如图4-5所示。
图4中，传导光纤1(为石英光纤或塑料光纤)的右端连接测量部件，左端安装接头2，并在接头2外露出一段光纤芯3。铝盖帽4内腔的底部用胶水涂覆按如上方法制备的铍粉(其中的元素铍为9Be)与ZnS:Ag的混合粉末5(铍粉与ZnS的摩尔比为1:1)。然后将铝盖帽4盖到接头2上，从而使外露出的一段光纤芯3被铝盖帽4内腔包覆且使光纤芯3端部与铝盖帽4内腔底部的铍粉与ZnS:Ag的混合粉末5紧密接触。
图5中，波长转换光纤6的右端与传导光纤连接后再连接测量部件，左端安装接头2，并在接头2外露出一段光纤芯3。铝盖帽4内腔的底部及侧壁均用胶水涂覆按如上方法制备的铍粉(其中的元素铍为9Be)与ZnS:Ag的混合粉末5(铍粉与ZnS的摩尔比为1:1)。然后将铝盖帽4盖到接头2上，从而使外露出的一段光纤芯3被铝盖帽4内腔包覆且使光纤芯3侧面与端部均与铝盖帽4内腔底部及侧壁的铍粉与ZnS:Ag的混合粉末5紧密接触。
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，倘若对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。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种光纤辐射探头，其特征在于，所述的探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，
所述的探测材料由含9Be的物质以及闪烁体材料组成；
所述的金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。
2.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的含9Be的物质为铍粉。
3.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的闪烁体材料为ZnS:Ag。
4.根据权利要求3所述的探头，其特征在于：所述的含9Be的物质与所述的ZnS的摩尔比为1:0.1-1:10。
5.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的光纤为传导光纤，所述的传导光纤为石英光纤或塑料光纤。
6.根据权利要求5所述的探头，其特征在于：所述的探测材料涂覆在所述的传导光纤末端的顶端。
7.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的光纤为波长转换光纤。
8.根据权利要求7所述的探头，其特征在于：所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。
9.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的光纤为相互连接的传导光纤与波长转换光纤，所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。
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