CN109632837B - 伴随粒子中子检测的自动时间标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，该时间标定方法包括以下步骤：将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处；控制中子发生器向石墨块发射中子束；基于伴随粒子检测技术测量α‑γ符合飞行时间谱；利用测量的α‑γ符合飞行时间谱确定中子直接作用于石墨块所形成的谱峰，并将谱峰对应的符合时间作为测量基准时间；以及对检测对象进行中子检测，以确定检测对象中相关元素的含量特征。该方法解决了用于测量伴随α粒子的Si半导体探测器随温度和时间变化的标定时间不稳定的问题，保证了待检测对象的检测定位精度，实现了检测区域内的元素特征的准确分析。
Description
技术领域
本发明涉及中子检测技术领域，更具体地涉及一种中子检测过程中的自动时间标定方法。
背景技术
目前，世界上恐怖事件时有发生，恐怖分子将爆炸物隐藏在包裹内再伺机引爆是其进行恐怖活动的常用方式之一。为有效检测隐藏爆炸物，需要提供一种能够快速、准确地识别爆炸物的检测方法和相关设备。爆炸物核检测技术主要有X射线检测法、中子检测方法、电磁测量法、电化学检测法。
现在，国际上采用最多的为X射线透视法、X射线-C T密度检测法、电四极矩探测法等。X射线成像技术能分辨物品的密度，但无法识别物品的元素成分，不能确认包裹中是否存在爆炸物。中子检测技术可确定检测区域的元素含量，被誉为爆炸物检测领域的“指纹”技术，具有高灵敏度、高准确度的特点。中子检测元素分析技术可直接针对待检测对象本身的元素组成比例进行分析检测，可用于爆炸物、煤质成分、铀矿等的探测。中子检测爆炸物技术主要有热中子法、快中子法、脉冲快热中子法以及快中子伴随α粒子成像技术。伴随α粒子成像技术可以实现检测区域的三维空间定位检测，有效降低检测过程中14M e V中子与被检测物品周围环境中产生的强γ辐射本底，具有较高的空间分辨本领和较强的爆炸物识别能力，在隐藏爆炸物和毒品检测方面具有广泛的应用前景。
利用中子伴随α粒子成像技术对包裹进行检测时，随着时间的推移以及设备的使用时间的增长，会发生测量漂移的现象，即本来是对检测对象的某一位置的测定，但是在利用中子检测设备的检测结果进行计算时获得并非该位置的测量结果，这将导致测量的偏差。因此，需要提供一种能够避免这种测量偏差的测量方法。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，包括以下步骤：将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处；控制中子发生器向石墨块发射中子束；基于伴随粒子检测技术测量α-γ符合飞行时间谱；利用测量的α-γ符合飞行时间谱确定中子直接作用于石墨块所形成的谱峰，并将该谱峰对应的符合时间作为测量基准时间；以及对检测对象进行中子检测，以确定检测对象中相关元素的含量特征。
根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的一个优选的实施例，该自动时间标定方法还包括在完成一次或多次对检测对象进行中子检测之后再次进行时间标定的步骤。
在根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的另一个优选的实施例中，再次进行时间标定的时间间隔为20分钟-40分钟。
根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的再一个优选的实施例，再次进行时间标定的时间间隔为30分钟。
在根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的还一个优选的实施例中，将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处的步骤包括利用步进电机将石墨块移动至中子发生器正前方一定距离处。
根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的又一个优选的实施例，石墨块被设置在轨道上移动。
在根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的另一个优选的实施例中，进行时间标定之后，使石墨块移动至不影响中子发生器对检测对象进行检测的初始位置处。
根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法解决了用于测量伴随α粒子的Si半导体探测器随温度和时间变化的标定时间不稳定的问题，保证了待检测对象的检测定位精度，实现了检测区域内的元素特征的准确分析。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1为根据本发明的伴随粒子中子检测技术的原理图。
图2为根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的示意图。
图3为根据本发明的自动时间标定方法的实施过程中的石墨块距离中子发生器靶面20cm时的α-γ符合时间谱曲线图。
图4为α-γ符合时间刻度曲线峰位偏移随测量时间的变化图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种用于伴随粒子中子检测技术的自动时间标定方法，其解决了用于探测伴随α粒子的Si半导体探测器随温度和时间变化而出现的标定时间不稳定的问题，保证了待检测对象的检测定位精度。根据本发明的伴随粒子成像中子检测技术的具体过程如图1所示，氘氚中子发生器的氘离子经过加速打到氚靶，发生T(d，n)α反应，同时发出α与n，两者方向相反。首先通过α位置灵敏探测器(Si半导体探测器)测定的α粒子的飞行方向标记中子的飞行方向；测定α粒子和中子引起的γ射线随时间的变化，由中子飞行速度就可以确定中子的飞行距离，由中子的飞行方向和距离即可实现对检测区域的空间的定位检测。
现有的伴随粒子成像中子检测技术对检测对象进行检测时，通常会由于时间标定不准确或者发生漂移而导致检测精度降低或者发生位置偏移，这将给中子检测带来较大偏差。
本发明提供了一种伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，该自动时间标定方法包括下述步骤，首先将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处，如图2所示。接着，通过控制中子发生器向石墨发射中子束，并进行时间标定。在此相当于以石墨块作为参照，通过向石墨块发射中子束来对时间进行标定，以此时间标定作为对检测对象进行检测的时间基准。根据测量的中子飞行时间谱确定α-γ符合测量基准时间。最后，基于所确定的α-γ符合测量基准时间，对检测对象进行中子检测，以确定检测对象中相关元素的含量特征。通过利用石墨块对时间进行重新标定，能够形成新的时间标准，从而能够在对待检测对象进行检测时具有准确的参考标准，由此能够提供检测对象的准确定位。
为了进一步提高本发明中的检测方法的检测精度，根据本发明的自动时间标定方法可以进一步包括进行循环时间标定的步骤，即在完成一次或多次对检测对象进行中子检测之后再次进行时间标定。通过对中子发生器进行循环时间标定，可以进一步提高检测精度，而无需关注中子检测系统随着时间出现的漂移问题。
在此，再次进行时间标定的时间间隔为20分钟-40分钟，也就是说，可以将时间标定的周期设定为20分钟-40分钟，每隔20分钟一40分钟对中子检测系统做一次时间标定，由此可以确保中子检测系统的精确度。有利地，再次进行时间标定的时间间隔可以设定为30分钟。
在根据本发明的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法的实施例中，将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处的步骤可以包括利用步进电机将石墨块移动至中子发生器正前方一定距离处。当然，在此也可以采用其他驱动设备将石墨块移动至相应的位置处，不局限于步进电机，比如可以为普通电机。
进一步有利地，石墨块可以被设置在轨道上移动，通过设置轨道，可以使石墨块的运动轨迹能够被更加精确地控制，由此可以提高对中子检测系统的时间标定的精度。
在利用石墨块完成时间标定之后，使石墨块移动至不影响中子发生器对检测对象进行检测的初始位置处。这样可以在对中子检测系统进行下一次时间标定时，非常方便地将石墨块移动至其操作位置处，从而便于对中子检测系统进行循环时间标定。
基于本发明提出的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，进行了相关时间标定试验。在此，所采用的中子检测系统包括中子发生器、2组γ探测器、屏蔽体以及用于时间标定的样品石墨块等部件，如图2所示。其中，中子发生器为俄罗斯生产的ING-27型氘氚中子发生器，伴随α粒子采用Si半导体探测器探测；γ探测器采用硅酸钇镥(LYSO)探测器；屏蔽体材料为钨。石墨块样品与中子发生器的氚靶的距离为20cm。时间标定周期为30分钟，即每个30分钟对中子检测系统进行一次时间标定。图3示出了石墨块样品时间标定的α-γ符合时间谱曲线图，图3中的横坐标为α-γ符合时间，其可被视为在中子产生后，飞行一定距离后作用于物质所发出的特征γ射线，最后被γ探测器探测到的时间长度；其纵坐标表示α-γ符合时间落在某一时间道址内的计数。该谱曲线图中的最高峰为中子入射到石墨块样品发生非弹性散射发出的4.44MeV的特征γ射线峰，其右侧稍低的峰为入射到石墨块样品先发生弹性散射再发生非弹性散射所发出的4.44MeV的特征γ射线峰。实际所选用的是最高峰所在时间位置进行时间标定。图4为α-γ符合时间刻度曲线峰位偏移随测量时间的变化图，其给出了9个α探测器(1#至9#)与1个2#γ探测器进行符合的时间刻度曲线峰位偏移随时间的变化。图4中的横坐标为系统检测时间，其纵坐标为每隔30分钟进行时间标定，标定时间与最初基准时间相比的偏移量。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，包括：
将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处；
控制中子发生器向所述石墨块发射中子束；
基于伴随粒子检测技术测量α-γ符合飞行时间谱；
利用测量的α-γ符合飞行时间谱确定中子直接作用于所述石墨块所形成的谱峰，并将所述谱峰对应的符合时间作为测量基准时间；以及
对检测对象进行中子检测，以确定检测对象中相关元素的含量特征。
2.根据权利要求1所述的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，其特征在于，还包括在完成一次或多次对检测对象进行中子检测之后再次进行时间标定的步骤。
3.根据权利要求2所述的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，其特征在于，所述再次进行时间标定的时间间隔为20分钟-40分钟。
4.根据权利要求3所述的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，其特征在于，所述再次进行时间标定的时间间隔为30分钟。
5.根据权利要求1所述的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，其特征在于，所述将石墨块放置于中子发生器正前方一定距离处的步骤包括利用步进电机将石墨块移动至中子发生器正前方一定距离处。
6.根据权利要求5所述的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，其特征在于，所述石墨块被设置在轨道上移动。
7.根据权利要求5所述的伴随粒子中子检测的自动时间标定方法，其特征在于，进行时间标定之后，使石墨块移动至不影响中子发生器对检测对象进行检测的初始位置处。
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