CN111708076B - 多通道智能bf3中子产额监视器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道智能BF₃中子产额监视器，包括平台车，所述平台车内安装有控制箱，平台车的上侧固定安装有支架，所述支架的顶端安装有外壳体，该外壳体具有呈管状的慢化腔，所述慢化腔内具有至少两类沿其轴向设置的BF₃计数管，各类所述BF₃计数管具有不同的直径，所述BF₃计数管均通过高压同轴线缆与控制箱相连，各类BF₃计数管的外壁与慢化腔内壁之间具有由中子慢化材料填充形成的慢化层。本发明的有益效果是：能够极大地提高测量动态范围，以及能够有效地区分γ信号有中子信号，排除γ射线的干扰。

Description

多通道智能BF3中子产额监视器

技术领域

本发明涉及一种中子产额监视装置，具体涉及一种多通道智能BF₃中子产额监视器。

背景技术

中子发生器作为中子标定源，需要对其中子产额进行监测。监测脉冲中子产额的方法有很多，比如常见的活化测量法，虽然活化测量方法具有较高的测量精度，但是该方法仅适用于在中子产额较高的条件下使用，对于低产额覆盖范围的监测仍存在一定不足。

为此，急需开发一种具有大动态范围的中子产额监视器。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多通道智能BF₃中子产额监视器，能够有效地提高整个监视器测量中子产额的覆盖范围。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种多通道智能BF₃中子产额监视器，其关键在于：包括平台车，所述平台车内安装有控制箱，平台车上固定安装有支架，所述支架的顶端安装有外壳体，该外壳体具有呈管状的慢化腔，所述慢化腔内沿轴向设置有至少两种直径规格的BF₃计数管，各所述BF₃计数管均通过高压同轴线缆与控制箱相连，各BF₃计数管的外壁与慢化腔内壁之间具有由中子慢化材料填充形成的慢化层。

采用上述结构，不同直径且具有不同灵敏度的BF₃计数管放在慢化层内组成一个BF₃阵列探测器，可以满足整个监视器覆盖10⁴ _～10⁸的中子产额范围。同时在中子产额监视过程中，慢化层可以将进入BF₃阵列探测器的快中子慢化为慢中子，并且使其时间序列离散化，降低信号堆积率。

作为优选：所述平台车的底侧设有移动轮。采用上述结构，可以方便整个监视器的移动。

作为优选：所述平台车的两侧安装有调节装置，调节装置包括固定安装在平台车侧壁上的螺纹座，以及螺纹连接在螺纹座上的螺杆，所述螺杆的上端设有手柄。采用上述结构，可以通过转动手柄来调整平台车的高度，以消除脉冲中子源与加速器中子源之间的高差，保证在两种不同测量条件时具有相同的空间立体角，避免引入额外误差，从而提高监测的精准度。

作为优选：所述螺杆的下端设有球头，并以球铰方式连接有支座。采用上述结构，支座与地面接触，在调整平台车的高度时，操作更便利、更省力。

作为优选：所述外壳体的上端安装有水平仪。采用上述结构，以便于监测时保证慢化装置处于水平姿态。

作为优选：所述BF₃计数管包括一类BF₃计数管、二类BF₃计数管和三类 BF₃计数管，其中一类BF₃计数管的数量为三根，二类BF₃计数管的数量为一根，三类BF₃计数管的数量为两根，三根所述一类BF₃计数管沿竖直方向等间距分布，所述二类BF₃计数管和三类BF₃计数管沿水平方向依次分布在中间位置的一类BF₃计数管的一侧。采用上述结构，六根BF₃计数管呈T字形分布，BF₃计数管合理的位置和间距分布，能够有效控制慢化材料的厚度，使得BF₃阵列探测器所测量到的中子计数最大化，确保测量精度。

作为优选：所述慢化腔在对应一类BF₃计数管、二类BF₃计数管和三类BF₃计数管的位置分别设有一号管、二号管和三号管，一号管、二号管和三号管均采用聚四氟乙烯制成。采用上述结构，在监测使用时，可直接向慢化层内安装BF₃计数管。

作为优选：所述一号管的前端可拆卸地安装有第一定位柱，二号管和三号管的前端可拆卸地安装有第二定位柱，一号管、二号管和三号管的后端均安装有端盖，所述第二定位柱的长度大于第一定位柱的长度。采用上述结构，能够定位各个BF₃计数管在慢化层内水平方向的位置。

作为优选：所述支架呈三角形框架结构，控制箱位于支架下端。采用上述结构，控制箱质量相对较重，将其布置在整个监视器较为靠下的位置，能够使得监视器重心下移，从而方便移动。

作为优选：所述慢化层采用石蜡和聚乙烯混合制成。采用上述结构，可有效地将中子慢化，并且使其时间序列离散化，降低信号堆积率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用探测器阵列能够极大地提高测量动态范围；

2、BF₃阵列探测器测中子能够有效地区分γ信号有中子信号，排除γ射线的干扰；

3、慢化层既能够对中子进行慢化又能够使中子的时间离散化，使得系统能够测量脉冲中子源，解决了严重堆积的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为慢化装置的分解结构示意图；

图3为慢化装置的剖视图；

图4为调节装置的分解结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种多通道智能BF₃中子产额监视器，其结构包括平台车A，平台车A的底侧设有四个移动轮A1，上侧设有支架A2，其中支架A2上端固定安装有慢化装置B，慢化装置B的结构包括呈圆柱形的外壳体1，外壳体1具有慢化腔1a，慢化腔1a内分布有三根一号管21、一根二号管31和两根三号管41，其中一号管21的直径大于二号管31的直径，二号管31的直径大于三号管41的直径，且一号管21、二号管31和三号管41的外侧侧壁与上述慢化腔1a的内侧侧壁之间填充有慢化层5，慢化层5采用均富含H元素的石蜡和聚乙烯混合制成，一号管21、二号管31和三号管41均为聚四氟乙烯管。

再如图3所示，三根一号管21内分别安装有一类BF₃计数管2，二号管 31内安装有二类BF₃计数管3，两根三号管41内分别安装有三类BF₃计数管4，由于各个BF₃计数管与对应的聚四氟乙烯管的内径相适应，因此一类BF₃计数管2的直径大于二类BF₃计数管3的直径，二类BF₃计数管3的直径大于三类 BF₃计数管4的直径，平台车A内安装有控制箱6，一类BF₃计数管2、二类BF₃计数管3和三类BF₃计数管4均通过高压同轴线缆与控制箱6相连。

在中子产额监视的过程中，慢化层5可以将进入BF₃计数管的快中子慢化为慢中子，同时也能够使中子的时间离散化，降低信号堆积率。慢化后的中子与BF₃阵列探测器中的硼发生如下反应：10B+n→α+7Li，系统将收集到的α和7Li信号导出，再通过电子学系统对探测器的波形进行放大成形，并分别测量出各个BF₃计数管的脉冲计数，然后根据标定后的BF₃阵列中各管子的计数的特定关系推算出中子源强度，因此根据一类BF₃计数管2、二类BF₃计数管3和三类BF₃计数管4的计数则可以推算出中子产额。本实施例中，三类不同直径且具有不同灵敏度的BF₃计数管放在慢化层5内组成一个BF₃阵列探测器，可以满足整个监视器覆盖10⁴ _～10⁸的中子产额范围。

本实施例中，一类BF₃计数管2的中子灵敏度为100cps/nv，二类BF₃计数管3的中子灵敏度为15cps/nv，三类BF₃计数管4的中子灵敏度为2cps/nv。

BF₃探测器中的中子灵敏材料为¹⁰B，BF₃测中子的原理是利用以下反应：

对于(1-2)式反应，反应产物

会通过释放一个0.48MeVγ射线迅速回到基态。BF₃探测器记录α或是⁷Li的效率几乎是百分之百，而对0.48MeV光子的探测效率远小于百分之百，因此我们可以把这个0.48MeV光子当作逃逸掉，对探测器输出信号幅度没有贡献。

¹⁰B(n,α)⁷Li测量中子时，常常伴随着比较强的γ本底，而BF₃正比计数管在测量中子时，γ射线在BF₃管壁上打出电子，电子进入正比计数管倍增区时也能引起电离倍增，但是由于电子的射程比¹⁰B(n,α)⁷Li反应产生的次级带电粒子射程大很多，因此，电子倍增系数会比重离子倍增系数小很多，这样就会使得测得的信号中γ信号比中子信号小很多，故BF₃探测器测中子能够有效地区分γ信号有中子信号，排除γ射线的干扰。

如图1和2所示，慢化层5的厚度设计时，慢化层5如果太薄不能有效慢化快中子，使得BF₃阵列探测器的探测效率太低影响测量精度，如果慢化层 5太厚，会造成慢化材料对中子的过度吸收，同样会减小BF₃阵列探测器所测量到的中子计数，影响测量精度，有鉴于此，本实施例中六根BF₃计数管呈T 字形分布，具体为：三根一类BF₃计数管2沿竖直方向等间距分布，二类BF₃计数管3和三类BF₃计数管4沿水平方向依次分布在中间位置的一类BF₃计数管2的右侧，BF₃计数管合理的位置和间距分布，有效地控制了慢化材料的厚度，使得BF₃阵列探测器具有较高的探测效率，确保测量精度。

再如图3所示，为便于安装BF₃计数管，慢化腔1a在对应一类BF₃计数管 2、二类BF₃计数管3和三类BF₃计数管4的位置分别设有一号管21、二号管 31和三号管41，一号管21的前端可拆卸地安装有第一定位柱a，二号管31 和三号管41的前端可拆卸地安装有第二定位柱b，一号管21、二号管31和三号管41的后端均安装有端盖c，进一步的，为定位各个BF₃计数管在慢化层5内水平方向的位置，第二定位柱b的长度大于第一定位柱a的长度。

外壳体1的前端敞口，并在其敞口端位置安装有圆形盖板1b，圆形盖板 1b上安装有遮挡第一定位柱a和第二定位柱b的防脱挡片1e。

如图1和4所示，平台车A的两侧共计安装有四组调节装置7，各组调节装置7分别包括固定安装在平台车A侧壁上的螺纹座7a，以及螺纹连接在螺纹座7a上的螺杆7b，螺杆7b的上端设有手柄7c，下端设有球头7d，球头 7d上连接有支座7e，支座7e内部设有与球头7d球铰连接的球形槽，调节装置7的设置可以根据中子源位置方便地调节高度，保证标定源和待测源具有相同的空间立体角和位置，避免引入额外误差，从而提高监测的精准度。

由于整个中子产额监视器十分沉重，所以移动轮A1的设置可方便移动监视器，当监视器移动到指定位置后可以转动调节装置7的手柄7c使支座7e 支撑在地面上，将整个监视器固定在指定位置。在固定中子产额监视器时，为使其处于水平姿态，外壳体1的上端还安装有水平仪1f。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：包括平台车（A），所述平台车（A）内安装有控制箱（6），平台车（A）上固定安装有支架（A2），所述支架（A2）的顶端安装有外壳体（1），该外壳体（1）具有呈管状的慢化腔（1a），所述慢化腔（1a）内沿轴向设置有至少两种直径规格的BF₃计数管（T），各所述BF₃计数管（T）均通过高压同轴线缆与控制箱（6）相连，各BF₃计数管（T）的外壁与慢化腔（1a）内壁之间具有由中子慢化材料填充形成的慢化层（5）；

所述BF₃计数管（T）包括一类BF₃计数管（2）、二类BF₃计数管（3）和三类BF₃计数管（4），其中一类BF₃计数管（2）的数量为三根，二类BF₃计数管（3）的数量为一根，三类BF₃计数管（4）的数量为两根，三根所述一类BF₃计数管（2）沿竖直方向等间距分布，所述二类BF₃计数管（3）和三类BF₃计数管（4）沿水平方向依次分布在中间位置的一类BF₃计数管（2）的一侧，所述一类BF₃计数管（2）的直径大于二类BF₃计数管（3）的直径，二类BF₃计数管（3）的直径大于三类BF₃计数管（4）的直径。

2.根据权利要求1所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述平台车（A）的底侧设有移动轮（A1）。

3.根据权利要求2所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述平台车（A）的两侧安装有调节装置（7），调节装置（7）包括固定安装在平台车（A）侧壁上的螺纹座（7a），以及螺纹连接在螺纹座（7a）上的螺杆（7b），所述螺杆（7b）的上端设有手柄（7c）。

4.根据权利要求3所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述螺杆（7b）的下端设有球头（7d），并以球铰方式连接有支座（7e）。

5.根据权利要求4所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述外壳体（1）的上端安装有水平仪（1f）。

6.根据权利要求1所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述慢化腔（1a）在对应一类BF₃计数管（2）、二类BF₃计数管（3）和三类BF₃计数管（4）的位置分别设有一号管（21）、二号管（31）和三号管（41），一号管（21）、二号管（31）和三号管（41）均采用聚四氟乙烯制成。

7.根据权利要求6所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述一号管（21）的前端可拆卸地安装有第一定位柱（a），二号管（31）和三号管（41）的前端可拆卸地安装有第二定位柱（b），一号管（21）、二号管（31）和三号管（41）的后端均安装有端盖（c），所述第二定位柱（b）的长度大于第一定位柱（a）的长度。

8.根据权利要求1所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述支架（A2）呈三角形框架结构，控制箱（6）位于支架（A2）下端。

9.根据权利要求1所述的多通道智能BF₃中子产额监视器，其特征在于：所述慢化层（5）采用石蜡和聚乙烯混合制成。

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