CN109143314A - 一种反冲质子法快中子探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反冲质子法快中子探测装置。该探测装置包括外壳、底座、探测器、含氢薄膜、抽气口、密封盖板、接头；该外壳为上端开口的筒体结构，且其上端部边缘具有周向向外延伸的外沿，其侧面设有向远离外壳轴心方向延伸的抽气口；该探测器包括探测器主体和信号输出端子；其中，该抽气口设置在外壳上，该外壳内设有底座，该底座上设有含氢薄膜和探测器，该探测器上设有信号输出端子，该端子与接头相连，该接头固定在密封盖板上，该密封盖板与底座上端部固定连接，且与外壳的外沿密封连接。本发明装置体积较小，结构简单，测量准确性和可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于中子探测器技术领域，尤其涉及一种反冲质子法快中子探测装置。
背景技术
中子的发现使原子核物理的研究取得了巨大进展，随着对中子物理理论研究的不断完善，相应的中子应用技术也发展起来，并且已经发现中子在核数据测量、聚变堆材料辐照损伤研究,半导体抗辐射加固、还是在辐照育种、活化分析、治疗癌症方面等都具有广泛的应用前景。在对中子进行基础研究和应用研究的过程中，中子产额及其测量就显得尤为重要，中子产额是十分重要的基础数据，其测量准确性直接影响着其他数据的可靠性。
现有的对中子源(如DD/DT加速器中子源)中中子产额的监测方法主要有对中子进行相对测量的裂变电离室和活化法和对中子进行绝对测量的伴随粒子法和反冲质子法，其中(1)裂变电离室和活化法属于相对测量，需要其他探测器对其探测效率进行刻度；(2)伴随粒子法通过测量DD/DT伴随质子或α粒子确定中子产额，该方法精确度高，方法简便，但是探测器要固定在加速器靶系统上，对采用大面积旋转靶的强流中子发生器应用受到限制；(3)反冲质子法测量的数据准确且完备因而误差较小，但是体积通常较大，系统结构较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反冲质子法快中子探测装置，其基于快中子和氢原子的弹性散射产生的反冲质子数来确定快中子产额，旨在确保探测数据的准确性和可靠性的基础上，实现高效率的探测且整个装置体积小、结构简单、布置灵活。
本发明是这样实现的，一种反冲质子法快中子探测装置，该探测装置包括外壳、底座、探测器、含氢薄膜、抽气口、密封盖板、接头；该外壳为上端开口的筒体结构，且其上端部边缘具有周向向外延伸的外沿，其侧面设有向远离外壳轴心方向延伸的抽气口；该探测器包括探测器主体和信号输出端子；其中，
该抽气口设置在外壳上，该外壳内设有底座，该底座上设有含氢薄膜和探测器，该探测器上设有信号输出端子，该端子与接头相连，该接头固定在密封盖板上，该密封盖板与底座上端部固定连接，且与外壳的外沿密封连接。
优选地，该底座为两端开口的筒体结构，且上端开口设有周向向外延伸的第一边沿，下端开口设有周向向外延伸的第二边沿，且该边沿设有可容纳探测器的凹口；
优选地，该外壳的外沿上设有若干开孔，且在该开孔靠轴心的一侧设有周向延伸的凹槽；该底座的第一边沿和第二边沿分别设有若干第一开孔和第二开孔；该密封盖板设有若干与第一外沿开孔相适应的第一固定孔；该密封盖板设有与该外沿开孔相适应的第二固定孔；该排气口设有周向向外延伸的第三边沿。
优选地，该探测器为两端内凹的柱体结构，其内凹部的尺寸与底座的内部尺寸相适应，且该主体结构的一侧设有向远离轴心方向延伸的信号输出端子；该密封盖板的中心设有通孔。
优选地，该底座的第二边沿的一侧设有凹槽。
优选地，该密封盖板的中心具有向外的凸起，其尺寸与底座的内部尺寸相匹配。
优选地，该外壳的底部外围设有屏蔽层。
优选地，该探测器与含氢薄膜之间设有限定宽度的间隔。
优选地，根据不同中子入射方向选择不同厚度的含氢薄膜，其厚度范围在0.1mm～2mm之间。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明装置体积较小，结构简单，探测效率高，反应灵敏，与加速器相对独立，实验布置灵活，测量准确性和可靠性高。
附图说明
图1是本发明反冲质子法快中子探测装置的整体结构透视图；
图2是本发明探测器的主体正视图(A图)和主体侧视图(B图)；
图3是本发明底座的仰视图；
图4是本发明在0°方向上反冲质子相对微分产额随聚乙烯膜厚度的变化关系曲线；
图5是本发明在45°方向上反冲质子相对微分产额随聚乙烯膜厚度的变化关系；其中：
1-接头；2-密封盖板；3-第一固定螺栓；4-抽气口；5-探测器第一固定件；6-含氢薄膜第二固定件；7-探测器；8-屏蔽层；9-含氢薄膜；10-底座；11-外壳；12-密封圈12；13-第二固定螺栓；14-第三固定螺栓；15-凹口；16-信号输出端子。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的夹具作进一步地详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～5所述，其中，图1是本发明反冲质子法快中子探测装置的整体结构透视图；图2是本发明探测器7的主体正视图(A图)和主体侧视图(B图)；图3是本发明底座10的仰视图；图4是本发明在0°方向上反冲质子相对微分产额随聚乙烯膜厚度的变化关系曲线；图5是本发明在45°方向上反冲质子相对微分产额随聚乙烯膜厚度的变化关系。
本发明公开了一种反冲质子法快中子探测装置，该探测装置包括外壳11、底座10、探测器7、含氢薄膜9、抽气口4、密封盖板2、接头1；该外壳11为上端开口的筒体结构，且其上端部边缘具有周向向外延伸的外沿，其侧面设有向远离外壳11轴心方向延伸的抽气口4；该探测器7包括探测器7主体和信号输出端子16；其中，
该抽气口4设置在外壳11上，该外壳11内设有底座10，该底座10上设有含氢薄膜9和探测器7，该探测器7上设有信号输出端子16，该端子与接头1相连，该接头1固定在密封盖板2上，该密封盖板2与底座10固定连接，且与外壳11的外沿密封连接。
在本发明的实施例中，为促进与密封盖板2和探测器7的有效固定，该底座10为两端开口的筒体结构，且上端开口设有周向向外延伸的第一边沿，下端开口设有周向向外延伸的第二边沿，且该边沿设有可容纳探测器7的凹口15。
本发明的实施例中，为了增强密封盖板2与底座10的密封性，该密封盖板2的中心具有向外的凸起，其尺寸与底座10的内部尺寸相匹配。
在本发明的实施例中，为了使各个部件连接的密封效果更好，该外壳11的外沿上设有若干开孔，且在该开孔靠轴心的一侧设有周向延伸的凹槽；该底座10的第一和第二边沿分别设有若干第一开孔和第二开孔；该密封盖板2设有若干与第一外沿开孔相适应的第一固定孔；该密封盖板2设有与该外沿开孔相适应的第二固定孔；该排气口设有周向向外延伸的第三边沿。
在本发明的实施例中，为了方便安装探测器7，该底座10的第二边沿的一侧设有凹槽。
在本发明的实施例中，为了使反冲质子的相对微分产额髙，质子能谱展宽小且能量高，将探测器7放置在0°方向上，含氢薄膜9的厚度设置为小于2mm，从而在测量技术的角度更容易实现。
在本发明的实施例中，为了避免中子束直射在探测器7上对探测器7造成永久损伤，影响探测器7的使用寿命，将探测器7放置在45°方向上，含氢薄膜9的厚度设置为小于0.6mm，这样还避免快中子与探测器7材料发生其他反应，产生a粒子和质子等干扰信号，影响测量准确度。
在本发明的实际应用过程中，将探测器7从底座10的凹口15插入，用探测器7第一固定件5固定在底座10上，将含氢薄膜9紧贴第一固定件5放置，并通过第二固定件6固定，最后通过第三固定螺栓14整体固定探测器7和含氢薄膜9，接头1插入到密封盖板2的通孔中，并与探测器7的信号输出端子16相连，并将密封盖板2盖在底座10上，使得密封盖板2中间的凸起完全容纳在底座10的筒体内，并通过第二固定螺栓13固定好，将密封圈12放置在外壳11的凹槽内，再将连接好的装置放在探测器7外壳11内，通过第一固定螺栓3固定住，最后在抽气口4上安装上机械泵上，在探测装置运行过程中，先将探测装置的腔体内抽成真空，开启中子发生器产生中子，中子通过外壳11后打在含氢薄膜9上，含氢薄膜9中的氢原子和中子产生弹性散射，产生反冲质子，这些反冲质子被探测器7测量记录下来，在通过信号输出端子16输送到接头1，将测量数据输入到计算机多道软件，通过软件计数、计算得到含氢薄膜9在测量范围内的中子产额，进而可以推算出中子发生器中产生的总产额。
本发明的体积较小，结构简单，探测效率高，反应灵敏，与加速器相对独立，实验布置灵活，测量数据准确且完整，具有较高的可靠性，具有广泛的应用前景。
在本发明进一步的实施例中，为了实现对探测器7加偏压和输出信号，探测器7为两端内凹的柱体结构，其内凹部的尺寸与底座10的内部尺寸相适应，且该主体结构的一侧设有向远离轴心方向延伸的信号输出端子16；该密封盖板2的中心设有通孔，接头1插入到通孔内与信号输出端子16连接实现测量信号的输出，此外还可以通过该接头1对探测器7施加一偏压，例如-120V，这样中子打在含氢薄膜9上产生的反冲质子，在探测器7的灵敏体积内产生了电子—空穴对，电子—空穴对在这一外电场的作用下漂移，从而产生输出信号。
在本发明进一步的实施例中，为了减小外界信号对探测装置内部的干扰，该外壳11的底部外围设有屏蔽层8，例如可以设置厚度为3mm的铅屏蔽层8，从而探测装置测量的可靠性更高。
在本发明进一步的实施例中，为了让探测器7尽可能多的接收到从含氢薄膜9打出的反冲质子，该探测器7与含氢薄膜9之间设有限定宽度的间隔，这样可以有效提高探测效率。
在本发明进一步的实施例中，为了提高测量的准确性和可靠性，需要根据不同中子入射方向选择不同厚度的含氢薄膜9，其厚度范围在0.1mm-2mm之间。从而可以根据不同的中子入射方向选取最优的含氢薄膜9厚度，实现高效可靠的测量。
在本发明更进一步的实施例中，为了使整体结构更为紧凑，测量效果更为理想，更具体地，探测装置采用不锈钢外壳11；探测器7采用金硅面垒探测器7；含氢薄膜9采用聚乙烯膜；密封盖板2采用密封法兰；第一固定件5和第二固定件6均采用固定法兰；屏蔽层8采用3mm厚的铅屏蔽层8；接头1采用BNC接头1，并通过同轴电缆与信号输出端子16连接；且该不锈钢外壳11、金硅面垒探测器7、聚乙烯膜、屏蔽层8以及抽气口4的垂直于轴线的截面均为圆形的。更具体地，整个探测装置高142mm，直径108mm，抽气口4长43mm，直径20mm，BNC接头1焊接在密封法兰上以保证腔体的真空状态，该装置按上述实施例的连接方式组装好后，采用KF25真空卡箍连接抽气口4和机械泵，开启中子发生器经测量，测得如图4所示的0°方向上反冲质子相对微分产额与聚乙烯膜厚度的变化关系曲线；改变入射角度，测得如图5所示45°方向上反冲质子相对微分产额与聚乙烯膜厚度的变化关系曲线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种反冲质子法快中子探测装置，其特征在于，该探测装置包括外壳、底座、探测器、含氢薄膜、抽气口、密封盖板、接头；所述外壳为上端开口的筒体结构，且其上端部边缘具有周向向外延伸的外沿，其侧面设有向远离外壳轴心方向延伸的抽气口；所述探测器包括探测器主体和信号输出端子；其中，
所述抽气口设置在外壳上，所述外壳内设有底座，所述底座上设有含氢薄膜和探测器，所述探测器上设有信号输出端子，所述端子与接头相连，所述接头固定在密封盖板上，所述密封盖板与底座上端部固定连接，且与外壳的外沿密封连接。
2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述底座为两端开口的筒体结构，且上端开口设有周向向外延伸的第一边沿，下端开口设有周向向外延伸的第二边沿，且所述边沿设有可容纳探测器的凹口。
3.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述外壳的外沿上设有若干开孔，且在所述开孔靠轴心的一侧设有周向延伸的凹槽；所述底座的第一边沿和第二边沿分别设有若干第一开孔和第二开孔；所述密封盖板设有若干与第一外沿开孔相适应的第一固定孔；所述密封盖板设有与所述外沿开孔相适应的第二固定孔；所述排气口设有周向向外延伸的第三边沿。
4.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述探测器为两端内凹的柱体结构，其内凹部的尺寸与底座的内部尺寸相适应，且所述主体结构的一侧设有向远离轴心方向延伸的信号输出端子；所述密封盖板的中心设有通孔。
5.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述底座的第二边沿的一侧设有凹槽。
6.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述密封盖板的中心具有向外的凸起，其尺寸与底座的内部尺寸相匹配。
7.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述外壳的底部外围设有屏蔽层。
8.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述探测器与含氢薄膜之间设有限定宽度的间隔。
9.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，根据不同中子入射方向选择不同厚度的含氢薄膜，其厚度范围在0.1mm～2mm之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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