CN111399028A - 一种多用途的中子终端 - Google Patents

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宋玉收
赵云龙
胡力元
侯英伟
刘辉兰
吴坤
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Abstract

本发明涉及一种多用途的中子终端,主要应用于对辐射防护领域中子剂量率仪的剂量刻度、材料屏蔽性能、辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估及位置分辨评价。该发明主要包括中子源及控制系统和准直慢化系统。利用控制系统将源吊起到合适的高度,加上影锥的使用可用于仪器刻度。如果再配合可移动式的准直慢化系统,其中慢化屏蔽体可根据要求自由更换,中子源可完美嵌入系统中,使源的射束不会往外泄露,可通过准直孔可得到不同能谱、不同位置和形状的中子束。本发明具有安全稳定、功能多样、便捷易实现等优点。

Description

一种多用途的中子终端
技术领域
本发明属于辐射防护领域,具体涉及一种多用途的中子终端。
背景技术
中子源是能够产生中子的装置,除可用于对辐射防护领域中子剂量仪的剂量刻度、材料屏蔽性能、辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估等,在石油测井、水分测定、活化分析等方面都有重要的应用,因此中子源不同能谱的获取至关重要。传统的中子终端只能实现较单一的功能,如中子剂量率仪的刻度或中子能谱分布的测量,需要实现不同的功能往往需要多个终端。在这种背景基础下,通过建立完整的慢化准直系统可实现一种多用途的中子终端测量系统。
中子剂量率仪的剂量刻度校准功能可通过影锥-中子源的组合来实现,其几何示意图如图一所示,原理如下,未加影锥时测得的剂量率会受到来自地板、墙壁及仪器本身散射线的干扰。而影锥一般由含硼聚乙烯或含硼石蜡制成,对中子有很强的吸收作用。影锥与中子源之间的距离要适当,影锥的后端与受检仪器之间的距离不小于椎体的长度,影锥的锥角应使得其投影略大于被检仪器的最大尺寸。通过在中子源和被检仪器之间放置几何合适的影锥可以得到散射线的剂量率来修正中子散射的影响。
能量响应函数表示各位置的响应随入射中子能量变化的关系。为了测量中子探测器的能量响应性能首先要产生不同的入射能量的中子,为了减小斜射对能量测量的影响,应对射线加以准直,准道孔的直径与准直器的厚度均对射线的准值情况及计数率有影响,应将孔径与厚度配合起来选择,可采用多个准直孔,进一步减少入射粒子的能量分散,提高测量速度;再通过在中子源后探测器前放置适当的慢化屏蔽体如聚乙烯将中子慢化,即可产生不同的入射能量的中子。通过记录探测器与不同能量下中子发生响应的次数,即可求得探测器的能量响应曲线。
为了完成中子探测器的位置测量性能评估首先应对射束进行准直,在准直孔前添加不同形状的光栏,使中子束通过狭缝得到准直的某方向上的射束对探测器进行测试,利用位置重建的空间分布得到探测器的位置分辨。
目前在辐射防护领域内未见有同时完成以上多种功能的终端,能实现上述多种功能的终端有很大的发展空间。
申请人不知道上述领域中的先有技术解决方法,提供了一种多用途的中子终端,用于将剂量率仪刻度、提供不同能谱、不同出射位置和形状的中子束的功能组合更加便捷的在终端上完成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵活实现中子剂量率仪的刻度、提供不同能谱、不同出射位置和形状的中子束的功能的多用途的中子终端。
本发明的目的通过如下技术方案来实现:
一种多用途的中子终端,包括中子源、控制系统和准直慢化系统;所述控制系统包括聚乙烯圆盘、屏蔽井、升降机和影锥;所述准直慢化系统包括屏蔽体和慢化体和/或光栅;所述中子源通过铁链与聚乙烯圆盘相连,聚乙烯圆盘通过铁链与升降机连接,所述屏蔽体上设置有放源处和水平方向的准直孔,准直孔前段放置慢化体和/或光栅,还设置有系统运行轨道平台,所述系统运行轨道平台与准直慢化系统相配合。
所述中子终端未使用的时候,中子源放置在屏蔽井中,所述屏蔽井井口的尺寸大于中子源的尺寸,小于聚乙烯圆盘的尺寸;
所述中子终端使用的时候,中子源和聚乙烯圆盘放置在屏蔽体中,所述中子源与准直孔对准;
所述屏蔽体为对中子有强吸收作用的长方体。
本发明的有益效果在于:
本发明用于对辐射防护领域中子剂量仪的剂量刻度、材料屏蔽性能、辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估及位置分辨评价等,该终端融合了多种用途的应用功能,只需简单的控制操作与慢化屏蔽体更换,即可实现功能的切换;
本发明通过中子源-准直慢化系统的使用可实现对辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估及位置分辨评价;
本发明该终端具有安全稳定、功能多样、便捷易实现等优点。
附图说明
图1:中子源、影锥和受检仪器几何示意图;其中1为中子源、2为影锥、3为受检仪器;
图2:中子源及其控制系统;其中4为屏蔽井、5为中子源、6为聚乙烯圆盘、7为升降控制器;
图3a-图3c:中子源与屏蔽体的三视图;
图4a-图4c:多用途的中子终端操作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:
本发明为辐射防护领域一种基于中子源来实现多用途的终端设计,除常规用于辐射测量领域中子剂量率仪的剂量刻度外,还可用于材料屏蔽性能、辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估以及位置分辨评价等。
本发明的目的在于,克服现有的中子终端性能单一的不足,通过组合中子源及其控制系统和准直慢化系统建立可移动式的多用途中子终端,灵活实现中子剂量率仪的刻度、提供不同能谱、不同出射位置和形状的中子束的功能。
为实现以上目的,本发明是通过以下技术方案来实现的:
本发明的多用途中子终端系统由中子源及其控制系统和准直慢化系统构成。各组件具体构成、位置摆放和功能实现如下:
(1)中子源及其控制系统包括中子源、聚乙烯圆盘、屏蔽井、升降机和影锥组成。在结构上,其外有一个几厘米大小的铝制源盒,其上方有一个用于屏蔽的聚乙烯圆盘,并拴有铁链。该源平时会放在一个相对地面有一定深度平台的屏蔽井中。需要使用时会利用升降控制机远程控制进行升降(源与所附聚乙烯圆盘同步升降)。
(2)准直慢化系统整体上是一个的长方体平台,组成材料均为对中子有强吸收作用的屏蔽体,其中有部分凿空,包括上方的放源处与水平方向上的准直孔,需要使用时可通过平台下方的轨道移动。
(3)需要对中子剂量率仪进行刻度时,先通过升降机将源吊起到合适位置以减少散射,再配合影锥的使用即可完成刻度。
(4)需要产生不同能量区间、不同形状的中子束时,首先用升降机将源及聚乙烯
圆盘从屏蔽井中提出;再通过轨道将准直慢化系统运送到屏蔽井上方即源下方;然后可将中子源和聚乙烯圆盘一起置于屏蔽体中,使中子源能够正对准直孔。除了准直孔所在方向以外,其他方向均能对中子源的辐射起到有效的屏蔽。通过在准直孔前添加不同的慢化体或光栏即可产生不同能量区间、不同位置和形状的中子束,可用于评价探测器的能量响应和位置分辨能力。
以下提供本发明:多用途的中子终端功能实现的具体实施方式,并提供三个实施例,但本发明不限于所提供的实施例。
例1:
用于产生可用于探测器位置分辨的束流的布置方案如图2、3、4所示,中子源可采用Am-Be源,源活度为100mCi其上方有其上方有一个直径约为25~30cm、厚度40cm的聚乙烯圆盘,该源平时会放在一个深约1.31m、相对地面有一定深度平台的屏蔽井中,紧贴屏蔽材料处的当量剂量率为0.9~1.0uSv/h左右。慢化准直系统整体上是一个90*90*70cm3的长方体,其中有部分凿空,包括上方的放源处与水平方向上的准直孔。其各处尺寸的考虑如下:(1)考虑到源的大小为几厘米,而聚乙烯圆盘的直径为25~30cm左右,选取L1=30cm,L2=10cm;(2)为了支撑聚乙烯圆盘,L3设置为10cm,使得聚乙烯圆盘能够平稳放置;(3)假设聚乙烯圆盘同放射源间连接物的长度为10cm,则设置L4=5cm,准直孔直径L5=10cm,这样放射源能够正好处在准直孔径向的中心;(4)为了使屏蔽上方辐射剂量较低,L6选取较大的25cm;(5)考虑到40cm的含硼聚乙烯能够对中子源实现较好屏蔽,因此选取L7=L8=40cm,这样屏蔽体水平方向上的尺寸为90*90cm2;(6)由于屏蔽体下方对屏蔽要求不太高,考虑到屏蔽体上方的各部位尺寸,屏蔽体高选择70cm。
需要使用时首先利用升降控制机远程控制将其及从源坑中提出(源与所附聚乙烯圆盘同步升降);再把屏蔽体通过轨道一用平台运送到源坑上方;然后可将中子源和聚乙烯圆盘一起置于屏蔽体中,使中子源能够正对准直孔。探测器通过探测用的轨道二运送到合理的测量位置。在准直孔前添加不同形状的光栏,使中子束通过狭缝得到准直的某方向上的射束对探测器进行测试,利用位置重建的空间分布得到探测器的位置分辨。
例2:
用于产生可用于探测器能量响应的束流的布置方案,和例1基本相同。其不同之处在于将光栏换成不同的慢化屏蔽体,中子束通过不同慢化体得到准直的不同能量区间的射束,通过记录探测器与不同能量下中子发生响应的次数,即可求得探测器的能量响应曲线。
例3:
用于对中子剂量率仪进行刻度的布置方案如图1,2所示。先把校准中不需要使用的慢化准直系统通过轨道一运送到足够远的位置,以减少散射带来的影响。再通过控制升降机将源吊起到合适的高度,被检仪器可通过探测用的轨道二运送到与源的不同距离进行测量,得到不同距离下的总剂量率,此剂量率包括散射中子的贡献。为消除散射束的影响,在源与被检仪器间下放置几何和位置合适的影锥,此状况下测得的为散射束贡献的剂量率,通过剂量率相减即得不同距离下主射束的剂量率,完成对仪器的刻度。
一种多用途的中子终端,用于对辐射防护领域中子剂量仪的剂量刻度、材料屏蔽性能、辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估及位置分辨评价等,该终端融合了多种用途的应用功能,只需简单的控制操作与慢化屏蔽体更换,即可实现功能的切换。通过中子源-准直慢化系统的使用可实现对辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估及位置分辨评价。所述的中子终端,包括中子源及其控制系统、准直慢化系统、和系统运行轨道平台。中子源不使用时应密封在屏蔽井内,紧贴屏蔽材料处的当量剂量率应低于GB18871-2002中工作人员的剂量率限值,为此,中子源上方附有足够厚度的聚乙烯圆盘,圆盘与中子源通过铁链与控制系统相连。中子源及所附聚乙烯圆盘通过铁链与升降机连接,中子源需要使用时可通过升降机远程操作吊起到合适的高度,结合影锥的使用可实现对辐射防护领域中子剂量仪的剂量刻度校准功能;准直慢化系统置于可移动的轨道上,由对中子有强吸收作用的长方体的屏蔽体组成,其中放源处与水平方向上的准直孔两部分凿空。准直慢化系统可通过轨道用平台运送到屏蔽井上方,中子源可完美嵌入系统中,使射线除准直孔外不会往其他方向泄露。准直孔前可放置不同厚度的慢化体,可得到不同能量区间的中子束。将慢化体替换成光栏或者慢化体配合光栏一起使用,可使中子射束以特定的方向和形状出射。通过更换屏蔽体、分析中子能谱得到不同的辐射量可以用来评价材料的中子屏蔽性能。
综上所述:本发明涉及一种多用途的中子终端,主要应用于对辐射防护领域中子剂量率仪的剂量刻度、材料屏蔽性能、辐射探测及应用领域中子探测器的能量测量性能评估及位置分辨评价。该发明主要包括中子源及控制系统和准直慢化系统。利用控制系统将源吊起到合适的高度,加上影锥的使用可用于仪器刻度。如果再配合可移动式的准直慢化系统,其中慢化屏蔽体可根据要求自由更换,中子源可完美嵌入系统中,使源的射束不会往外泄露,可通过准直孔可得到不同能谱、不同位置和形状的中子束。该终端具有安全稳定、功能多样、便捷易实现等优点。

Claims (5)

1.一种多用途的中子终端,其特征是,包括中子源、控制系统和准直慢化系统;所述控制系统包括聚乙烯圆盘、屏蔽井、升降机和影锥;所述准直慢化系统包括屏蔽体和慢化体和/或光栅;所述中子源通过铁链与聚乙烯圆盘相连,聚乙烯圆盘通过铁链与升降机连接,所述屏蔽体上设置有放源处和水平方向的准直孔,准直孔前段放置慢化体和/或光栅,还设置有系统运行轨道平台,所述系统运行轨道平台与准直慢化系统相配合。
2.根据权利要求1所述的多用途的中子终端,其特征是,所述中子终端未使用的时候,中子源放置在屏蔽井中,所述屏蔽井井口的尺寸大于中子源的尺寸,小于聚乙烯圆盘的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的多用途的中子终端,其特征是,所述中子终端使用的时候,中子源和聚乙烯圆盘放置在屏蔽体中,所述中子源与准直孔对准。
4.根据权利要求1或2所述的多用途的中子终端,其特征是,所述屏蔽体为对中子有强吸收作用的长方体。
5.根据权利要求3所述的多用途的中子终端,其特征是,所述屏蔽体为对中子有强吸收作用的长方体。
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