CN109143315A - 利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法 - Google Patents

利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于辐射测量技术领域，具体涉及利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法，通过采用6LiI闪烁体的6LiI闪烁体探测器对混合辐射场中的中子射线进行探测时，在6LiI闪烁体探测器中设置第一电压幅值甄别阈值，将6LiI闪烁体探测器测到的低能γ射线的信号过滤掉，为了解决高能γ射线对测量效果的影响，采用本发明的中子探测方法，包括如下步骤：(S1)，在6LiI闪烁体附近设置一个GM计数管；(S2)，为GM计数管设置第二电压幅值甄别阈值；(S3)，记录采用6LiI闪烁体探测器所测到的第一信号；记录采用GM计数管所测到的第二信号；(S4)，对第二信号乘以修正系数，通过在第一信号中减去乘以修正系数后的第二信号得到净中子计数率。

Description

利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法
技术领域
本发明属于辐射测量技术领域，具体涉及利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法。
背景技术
众所周知，空间粒子辐射环境不仅包括质子、电子等带电粒子，同时也包括中子(n)、X射线等非带电粒子。中子作为一种重要的非带电粒子，一直受到人们的广泛关注，与中子相关的探测技术一直是人们研究的热点。由于存在中子的场合往往都伴随着大量的γ射线，因此去除γ射线对中子信号的干扰是中子探测领域的研究热点及难点。中子与γ射线的甄别是违禁品检测、环境辐射检测、军事以及深空探测等中子探测技术的基础，具有极其重要的理论及实际意义。
选择中子探测器时，除了关心其中子探测效率、能量或时间分辨性能、寿命等多种性能指标与参数外。还需关心其是否具有良好的γ射线甄别能力或是较差的γ射线响应。6LiI闪烁体是中子探测技术中一种重要的探测器(是探测慢中子、特别是热中子的高效率探测器。例如10mm厚度，富集6Li的碘化锂闪烁体对热中子的探测效率已达到100％)，它材料密度大，阻止本领强，具有很高的探测灵敏度,但同时它对γ射线响应也很灵敏(见图2所示)。实验表明，6LiI闪烁体在低能γ射线照射下，具有较好的耐γ辐射性能。但是对于能量大于1MeV的高能γ射线，探测灵敏度较高，这对其中子探测极为不利。因此用6LiI闪烁体探测中子射线时，如何降低或消除其γ射线响应是其必须要解决的关键问题之一。目前，用6LiI闪烁体作为中子剂量当量率仪的探测器时，主要采用脉冲幅度甄别技术来剔除γ射线信号，即利用中子射线和γ射线在6LiI闪烁体中产生信号脉冲幅度的差异，在6LiI闪烁体探测器的电路中设置一个电压幅值甄别阈值，将幅度较低的γ脉冲卡掉，从而只记录中子信号。这种方法在γ射线能量比较低的情况下效果良好，但是在能量超过1MeV的高能γ射线时，高能γ射线引起的响应将严重干扰中子剂量的测量结果，所以常用的脉冲幅度甄别技术在混合辐射场具有高能γ射线的情况下就会产生较大偏差(γ射线能量超过1MeV时，这样的高能γ射线也会在6LiI闪烁体中沉积较多的能量，从而产生一个较大的脉冲信号，6LiI闪烁体探测得到信号幅度就与探测热中子的信号辐度相差无几，这时高能γ射线引起的响应将严重干扰中子剂量的测量结果)。
发明内容
为了有效的使用6LiI闪烁体探测中子射线，通过γ射线信号甄别技术来降低其γ射线干扰是极为必要的。考虑到GM计数管具有对γ射线响应良好而对中子灵敏度很低的特点，这种特性对提高n、γ混合的混合辐射场中测量中子射线时有效屏蔽γ辐射干扰是非常有意义的，所以将6LiI闪烁体探测器和GM计数管结合起来探测中子射线。在探测混合辐射场时，从6LiI闪烁体探测器的输出信号中(包含中子射线和γ射线的信号)，按相应的比例扣掉GM计数管的输出信号(仅有γ射线的信号)，便可以获得混合辐射场中的净中子信号。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法，通过采用6LiI闪烁体的6LiI闪烁体探测器对混合辐射场中的中子射线进行探测时，在所述6LiI闪烁体探测器中设置第一电压幅值甄别阈值，将所述6LiI闪烁体探测器测到的低能γ射线的信号过滤掉，为了解决高能γ射线对测量效果的影响，采用所述的利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法，包括如下步骤：
(S1)，在所述6LiI闪烁体附近设置一个GM计数管；
(S2)，为所述GM计数管设置第二电压幅值甄别阈值，将所述GM计数管测到的所述低能γ射线的信号过滤掉；
(S3)，记录第一信号、第二信号；所述第一信号包括所述6LiI闪烁体探测器所测到的所述中子射线和所述高能γ射线的计数率；所述第二信号为所述GM计数管所测到的所述高能γ射线的计数率；
(S4)，计算净中子计数率，对所述第二信号乘以修正系数，通过在所述第一信号中减去乘以所述修正系数后的所述第二信号得到所述净中子计数率。
进一步，
所述第一电压幅值甄别阈值为所述γ射线的能量为662keV时所述6LiI闪烁体探测器所探测得到的电压幅值；
所述第二电压幅值甄别阈值为所述γ射线的能量为662keV时所述GM计数管所探测得到的电压幅值；
所述低能γ射线是指能量小于等于662keV的γ射线；所述高能γ射线是指能量大于662keV的γ射线。
进一步，
在所述步骤(S4)中获得所述修正系数包括如下步骤：
(S4.1)将能量为662keV-3MeV的γ放射源设置在距离所述6LiI闪烁体、GM计数管直线距离60cm的照射位置上；
(S4.2)利用所述γ放射源产生662keV-3MeV之间的不同的能量段的γ射线照射所述6LiI闪烁体、GM计数管，并记录所述6LiI闪烁体、GM计数管在不同的所述能量段的γ射线照射下所测得的计数率；
(S4.3)计算在同一个所述能量段的γ射线照射下的所述6LiI闪烁体、GM计数管所测得的计数率的比值；
(S4.4)将步骤(S4.3)中各个所述能量段的γ射线照射下所测得的所述比值求平均值，所述平均值就是所述修正系数。
进一步，在所述步骤(S1)中，还包括在所述6LiI闪烁体外部设置中子响应层；所述中子响应层用于将被测的所述中子射线慢化为热中子，便于所述6LiI闪烁体对所述中子射线的测量。
进一步，所述GM计数管设置在所述6LiI闪烁体外部的所述中子响应层中部。
进一步，所述中子响应层为聚乙烯慢化体。
更进一步，所述聚乙烯慢化体的厚度为8-10cm。
进一步，所述净中子计数率的计算公式为：
H(n)＝H(n,γ)-H(γ)*K
式中：
H(n)——最终所得的所述净中子计数率；
H(n,γ)——由所述6LiI闪烁体所测得的中子射线和由所述6LiI闪烁体所测得的能量高于662keV的所述高能γ射线的计数率；
H(γ)——由所述GM计数管所测得的能量高于662keV的所述高能γ射线的计数率；
K——修正系数，用于扣除由所述GM计数管所测得的能量高于662keV的所述高能γ射线的计数率。
本发明的有益效果在于：
有利于对中子伴随γ射线辐射的混合辐射场的监测，为辐射防护工作提供更有利的条件，其中：
1.通过在6LiI闪烁体探测器中设置第一电压幅值甄别阈值，解决低能γ射线对中子测量的干扰；通过在6LiI闪烁体附近设置一个GM计数管，并为GM计数管设置第二电压幅值甄别阈值，解决高能γ射线对中子测量的干扰；
2.通过对第一电压幅值甄别阈值和第二电压幅值甄别阈值进行明确的定义，保证了6LiI闪烁体探测器和GM计数管对低能γ射线的信号的过滤，进而保证了最终的净中子计数率的准确性；对低能γ射线和高能γ射线以662keV能量大小为界进行准确的区分，保证了6LiI闪烁体探测器对低能γ射线的信号的过滤，也保证了GM计数管对高能γ射线的测量的准确性；
3.通过在6LiI闪烁体外部设置中子响应层能够增加中子(中子射线)的响应，提高6LiI闪烁体探测器对中子(中子射线)的探测效果；通过将GM计数管设置在中子响应层中部能够保证GM计数管对高能γ射线的探测效果更加准确；
4.通过对中子响应层的材质和厚度进行优选(材质为聚乙烯慢化体，厚度为8-10cm)能够保证6LiI闪烁体探测器对中子(中子射线)的探测效果更加准确；
5.通过对修正系数的数值范围的优选，能够进一步提高对净中子计数率的计算准确性。
附图说明
图1是本发明背景技术中所述的6LiI闪烁体对热中子(经中子响应层慢化后的中子射线)、γ射线的响应曲线图；
图2是本发明具体实施方式中所述的GM计数管对γ射线的能量响应曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
GM计数管对γ射线灵敏度高(见图2，GM计数管对γ射线的能量响应曲线),而同时GM计数管对中子射线响应不灵敏，与6LiI闪烁体对中子射线的响应相比可以忽略；并且使用GM计数管探测γ射线时，GM计数管对于能量从100多keV开始至3MeV的范围内的γ射线的响应趋于稳定，因此在6LiI闪烁体探测器的6LiI闪烁体附近再放置一个GM计数管，用6LiI闪烁体测到的计数率(包含中子射线和γ射线的计数率)按相应比例减去GM计数管测到的计数率(仅包含γ射线的计数率)，就可得到更加精确的净中子计数率。
本发明提供的利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法中，通过采用6LiI闪烁体的6LiI闪烁体探测器对混合辐射场中的中子射线进行探测时，为了解决低能γ射线对测量效果的影响，在6LiI闪烁体探测器(的比较电路)中设置第一电压幅值甄别阈值，将6LiI闪烁体探测器测到的低能γ射线的信号过滤掉；从而只记录6LiI闪烁体探测器测到的中子射线的信号；为了解决高能γ射线对测量效果的影响，本发明提供的利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法包括如下步骤：
步骤S1，在6LiI闪烁体探测器的6LiI闪烁体附近设置一个GM计数管；
步骤S2，在GM计数管中设置第二电压幅值甄别阈值，将GM计数管测到的低能γ射线的信号过滤掉；
步骤S3，记录采用6LiI闪烁体探测器所测到的第一信号，第一信号包括6LiI闪烁体探测器所得到的中子射线和高能γ射线的计数率；记录采用GM计数管所测到的第二信号，第二信号为GM计数管所测到的高能γ射线的计数率；
步骤S4，计算净中子计数率，对第二信号乘以修正系数，通过在第一信号中减去乘以修正系数后的第二信号得到净中子计数率。
其中，在步骤S4中，获得修正系数包括如下步骤：
步骤S4.1，将能量为662keV-3MeV的γ放射源设置在距离6LiI闪烁体、GM计数管直线距离60cm的照射位置上；
步骤S4.2，利用γ放射源产生662keV-3MeV之间的不同的能量段的γ射线照射6LiI闪烁体、GM计数管，并记录6LiI闪烁体、GM计数管在不同的能量段的γ射线照射下所测得的计数率；
步骤S4.3，计算在同一个能量段的γ射线照射下的6LiI闪烁体、GM计数管所测得的计数率的比值；
步骤S4.4，将步骤S4.3中各个能量段的γ射线照射下所测得的比值求平均值，平均值就是修正系数。
修正系数的具体数值根据所选GM计数管的类型、尺寸等不同而不同。
其中，第一电压幅值甄别阈值为γ射线的能量为662keV时6LiI闪烁体探测器所探测得到的电压幅值；
第二电压幅值甄别阈值为γ射线的能量为662keV时GM计数管所探测得到的电压幅值；
低能γ射线是指能量小于等于662keV的γ射线；高能γ射线是指能量大于662keV的γ射线。在本发明中，高能γ射线具体是指662keV-3MeV之间的γ射线。
为了增强中子在6LiI闪烁体探测器中的响应，在步骤(S1)中还包括在6LiI闪烁体探测器的6LiI闪烁体外部设置中子响应层；中子响应层用于将被测的中子射线慢化为热中子，便于6LiI闪烁体对中子射线的测量。
为了更准确的探测γ射线的计数率，将GM计数管设置在中子响应层的中部；在本发明中，中子响应层为聚乙烯慢化体；聚乙烯慢化体的厚度为8-10cm。
净中子计数率的计算公式为：
H(n)＝H(n,γ)-H(γ)*K
式中：
H(n)——最终所得的净中子计数率；
H(n,γ)——由6LiI闪烁体探测器所测得的中子和能量高于662keV的高能γ射线的计数率；
H(γ)——由GM计数管所测得的能量高于662keV的高能γ射线的计数率；
K——修正系数，用于扣除由GM计数管所测得的能量高于662keV的高能γ射线的计数率。
由于6LiI闪烁体探测器采用现有的脉冲幅度甄别技术(设置第一电压幅值甄别阈值)就可以有效的应对低能γ射线的干扰，在采用本发明所提供的利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法后，又可以通过GM计数管降低高能γ射线干扰，这样对未知能量和未知注量的混合辐射场，不管γ射线属于高能还是低能，本发明所提供的方法都够给出混合辐射场的净中子计数率。
上述之所以认定γ射线为662keV时作为6LiI闪烁体探测器和GM计数管的甄别条件，是因为：
1.γ射线能量为662keV时，6LiI闪烁体探测器所能测得到的幅度要明显小于探测热中子(经中子响应层慢化后的中子射线)所得到的幅度；
2.γ射线能量为662keV至3MeV量级，GM计数管在这个能量范围内响应趋近于稳定；
3.Cs-137放射源放出能量为662keV的γ射线，该能量点作为实验条件容易获取。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (7)

1.利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法，通过采用6LiI闪烁体的6LiI闪烁体探测器对混合辐射场中的中子射线进行探测时，在所述6LiI闪烁体探测器中设置第一电压幅值甄别阈值，将所述6LiI闪烁体探测器测到的低能γ射线的信号过滤掉，其特征是，为了解决高能γ射线对测量效果的影响，采用所述的利用GM计数管降低γ射线干扰的中子探测方法，包括如下步骤：
(S1)，在所述6LiI闪烁体附近设置一个GM计数管；
(S2)，为所述GM计数管设置第二电压幅值甄别阈值，将所述GM计数管测到的所述低能γ射线的信号过滤掉；
(S3)，记录第一信号、第二信号；所述第一信号包括所述6LiI闪烁体探测器所测到的所述中子射线和所述高能γ射线的计数率；所述第二信号为所述GM计数管所测到的所述高能γ射线的计数率；
(S4)，计算净中子计数率，对所述第二信号乘以修正系数，通过在所述第一信号中减去乘以所述修正系数后的所述第二信号得到所述净中子计数率。
2.如权利要求1所述的中子探测方法，其特征是：
所述第一电压幅值甄别阈值为所述γ射线的能量为662keV时所述6LiI闪烁体探测器所探测得到的电压幅值；
所述第二电压幅值甄别阈值为所述γ射线的能量为662keV时所述GM计数管所探测得到的电压幅值；
所述低能γ射线是指能量小于等于662keV的γ射线；所述高能γ射线是指能量大于662keV的γ射线。
3.如权利要求1所述的中子探测方法，其特征是，在所述步骤(S4)中获得所述修正系数包括如下步骤：
(S4.1)将能量为662keV-3MeV的γ放射源设置在距离所述6LiI闪烁体、GM计数管直线距离60cm的照射位置上；
(S4.2)利用所述γ放射源产生662keV-3MeV之间的不同的能量段的γ射线照射所述6LiI闪烁体、GM计数管，并记录所述6LiI闪烁体、GM计数管在不同的所述能量段的γ射线照射下所测得的计数率；
(S4.3)计算在同一个所述能量段的γ射线照射下的所述6LiI闪烁体、GM计数管所测得的计数率的比值；
(S4.4)将步骤(S4.3)中各个所述能量段的γ射线照射下所测得的所述比值求平均值，所述平均值就是所述修正系数。
4.如权利要求1所述的中子探测方法，其特征是：在所述步骤(S1)中，还包括在所述6LiI闪烁体外部设置中子响应层；所述中子响应层用于将被测的所述中子射线慢化为热中子，便于所述6LiI闪烁体对所述中子射线的测量。
5.如权利要求4所述的中子探测方法，其特征是：所述GM计数管设置在所述6LiI闪烁体外部的所述中子响应层中部。
6.如权利要求4所述的中子探测方法，其特征是：所述中子响应层为聚乙烯慢化体。
7.如权利要求6所述的中子探测方法，其特征是：所述聚乙烯慢化体的厚度为8-10cm。
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