CN109613604A - 一种掺汞玻璃测量中子的方法 - Google Patents

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王勇
李建伟
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Abstract

本发明提供一种掺汞玻璃测量中子的方法，将掺入了预设比例的汞的玻璃闪烁体与入射中子发生反应，反应放出的能量损失在玻璃材料中，将使玻璃材料的原子核处于激发态，退激时将发射出一定数量的光子；将所述光信号经玻璃传输到光电倍加管，记录转换成的电信号；将电信号乘以注量‑剂量转换系数得到中子剂量当量。本发明提供的方法可以基于玻璃成本低廉、易于加工、体积可大可小、耐酸碱耐腐蚀，掺入一定比例的汞材料后，可以提供一种优良的中子敏感材料，可以降低中子测量的成本，有较好的n、γ鉴别能力，对于高温高湿、腐蚀性等恶劣环境有很好的适应能力。

Description

一种掺汞玻璃测量中子的方法
技术领域
本发明属于辐射测量技术领域，具体涉及一种掺汞玻璃测量中子的方法。
背景技术
玻璃的主要成分是SiO2，对可见光透明是其最大特点，同时以透明度好、光信号衰减小广泛应用于各个行业。玻璃不仅能传导光信号，在特殊条件下也能发射光子，同时有体积可大可小、成本低廉、易加工的优点，因此也倍受辐射测量行业的注意。
在玻璃中掺入对中子敏感的物质组成中子闪烁体，这些物质与中子发生核反应，反应放出的能量将使玻璃材料的原子核处于激发态，退激时将发射出一定数量的光子，这个光信号经玻璃传输到光电倍加管，转换成电信号后被记录。
目前，掺杂一定数量锂的锂玻璃已应用于中子的测量工作中，如采用锂玻璃作为探测元件的便携式剂量当量率仪。Li可用于辐射测量的同位素有Li-6和Li-7，其中Li-7对γ射线敏感，仅能用于γ测量应用；而Li-6不仅与中子的反应截面较大，同时也对γ射线很敏感，测量中子时必须将中子和γ的信号进行区分，但在有高能γ成分和强γ场中，因为脉冲高度相差无几而变得异常困难。如果同时采用Li-6和Li-7，会同时需要两套测试设备，对于便携式仪表，因为体积重量所限变的更加困难。
因此，有必要发明一种掺汞玻璃测量中子的方法以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种掺汞玻璃测量中子的方法，可以降低中子测量的成本，有较好的n、γ鉴别能力，对于高温高湿、腐蚀性等恶劣环境有很好的适应能力。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种掺汞玻璃测量中子的方法，将掺入了预设比例的汞的玻璃闪烁体与入射中子发生反应，反应放出的能量损失在玻璃材料中，将使玻璃材料的原子核处于激发态，退激时将发射出一定数量的光子；将所述光信号经玻璃传输到光电倍加管，记录转换成的电信号；将电信号乘以注量-剂量转换系数得到中子剂量当量。
进一步的，在玻璃材料中掺入含汞的原料生成含汞玻璃闪烁体，其中，汞占所述汞玻璃闪烁体总质量的5％-10％。
进一步的，汞占所述汞玻璃闪烁体总质量的7％。
进一步的，所述含汞的原料为单汞型矿石。
进一步的，所述含汞玻璃闪烁体中还掺有铈(Ce)。
进一步的，所述玻璃闪烁体的厚度为1-6mm。
本发明的效果在于，本发明所述的方法，基于玻璃成本低廉、易于加工、体积可大可小、耐酸碱耐腐蚀，掺入一定比例的汞材料后，可以提供一种优良的中子敏感材料，可以降低中子测量的成本，有较好的n、γ鉴别能力，对于高温高湿、腐蚀性等恶劣环境有很好的适应能力。
附图说明
图1为本发明所述方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明所述方法一实施例的流程示意图。
一种掺汞玻璃测量中子的方法，包括以下步骤：
步骤101：掺入了预设比例的汞的玻璃闪烁体与入射中子发生反应，反应放出的能量损失在玻璃材料中，将使玻璃材料的原子核处于激发态，退激时将发射出一定数量的光子。
玻璃的主要成分是SiO2，Si和O与中子的反应截面都比较小，因此一般的玻璃不能直接用于测量中子。化学元素汞(Hg)与中子发生(n,γ)俘获反应，截面为380b，因此含有汞的玻璃闪烁体能用于测量中子。虽然汞的玻璃闪烁体的反应截面相对于锂的要低，但仍能用于在特殊场景下的中子测量。例如，可以应用于高通量中子测量环境，如反应堆堆芯、后处理热室和事故应急等。
还需要指出的是，虽然γ射线也会与其发生相互作用，但汞与中子的反应能量高达7.66Mev，远高于γ。聚变反应的反应能更高，中子产生的脉冲幅度远高于γ脉冲高度，利用幅度甄别装置可以很容易与γ信号区分开来，这是用含锂玻璃闪烁体测中子所不具备的，因此掺汞的材料可以很好地工作于混合辐射场中。
步骤102：将所述光信号经玻璃传输到光电倍加管，记录转换成的电信号。
步骤103：将电信号乘以注量-剂量转换系数得到中子剂量当量，由于光子数量与材料吸收的能量成正比，而核反应的反应能一定，故可以通过正比于中子数量光信号的数量测量中子。
具体的，在玻璃材料中掺入含汞的原料生成含汞玻璃闪烁体。掺汞玻璃成分主要为SiO2+Hg，一般会掺入微量的Ce激活，典型的掺汞玻璃探测器厚度一般为1-6mm，厚度薄则n、γ鉴别能力强但n效率低，厚度厚n、γ鉴别能力弱但n效率高，可根据被测对象的具体情况选择，在此不做限定。在一个具体的实施例中，掺汞玻璃探测器厚度为3mm。
在玻璃材料中掺入汞，必然会导致玻璃光传导能力的减弱，但本专利的目的是中子测量，对玻璃的光传导能力要求不高，因此只要将汞占所述汞玻璃闪烁体总质量的5％-10％内就能满足使用要求。
优选的，汞占所述汞玻璃闪烁体总质量的7％。
所述含汞的原料为含汞矿物。具体的，如单汞型矿石等等，在此不做限定。
在一个具体的实施例中，将含有5％的汞与玻璃材料混合生成含汞玻璃闪烁体。再将所述含汞玻璃闪烁体与入射中子发生反应，上述反应会将能量损失在玻璃材料中，使Si和O材料处于激发态，退激时必然会放出光子，光子数量正比于损失的能量，即裂变反应的数量，也就正比于入射中子数，从而实现的中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量等辐射防护量。
在另一个实施例中，将含有7％的汞与玻璃材料混合生成含汞玻璃闪烁体。再将所述含汞玻璃闪烁体与入射中子发生反应，上述反应会将能量损失在玻璃材料中，使Si和O材料处于激发态，退激时必然会放出光子，光子数量正比于损失的能量，即裂变反应的数量，也就正比于入射中子数，从而实现的中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量等辐射防护量。当汞占含汞玻璃闪烁体总质量的7％时，不仅能保证较高中子测量效率，同时还有较高的透明度，保证光子能传送至后续的光敏器件，如光电倍加管的光阴极上，能更好的实现测量效果。
在另一个实施例中，将含有10％的汞与玻璃材料混合生成含汞玻璃闪烁体。再将所述含汞玻璃闪烁体与入射中子发生反应，上述反应会将能量损失在玻璃材料中，使Si和O材料处于激发态，退激时必然会放出光子，光子数量正比于损失的能量，即裂变反应的数量，也就正比于入射中子数，从而实现的中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量等辐射防护量。
区别于现有技术，本发明提供的一种掺汞玻璃测量中子的方法，基于玻璃成本低廉、易于加工、体积可大可小、耐酸碱耐腐蚀，掺入一定比例的汞材料后，可以提供一种优良的中子敏感材料，可以降低中子测量的成本，有较好的n、γ鉴别能力，对于高温高湿、腐蚀性等恶劣环境有很好的适应能力。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。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，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种掺汞玻璃测量中子的方法，其特征在于，
将掺入了预设比例的汞的玻璃闪烁体与入射中子发生反应，反应放出的能量损失在玻璃材料中，将使玻璃材料的原子核处于激发态，退激时将发射出一定数量的光子；
将所述光信号经玻璃传输到光电倍加管，记录转换成的电信号；
将电信号乘以注量-剂量转换系数得到中子剂量当量。
2.根据权利要求1所述一种掺汞玻璃测量中子的方法，其特征在于，
在玻璃材料中掺入含汞的原料生成含汞玻璃闪烁体，其中，汞占所述汞玻璃闪烁体总质量的5％-10％。
3.根据权利要求2所述一种掺汞玻璃测量中子的方法，其特征在于，
汞占所述汞玻璃闪烁体总质量的7％。
4.根据权利要求2所述一种掺汞玻璃测量中子的方法，其特征在于，所述含汞的原料为单汞型矿石。
5.根据权利要求1所述一种掺汞玻璃测量中子的方法，其特征在于，
所述含汞玻璃闪烁体中还掺有铈(Ce)。
6.根据权利要求1所述一种掺汞玻璃测量中子的方法，其特征在于，所述玻璃闪烁体的厚度为1-6mm。
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