CN111781632A - 一种中子-γ射线联合探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种中子‑γ射线联合探测装置及中子‑γ射线联合探测方法，所述的探测装置包括真空腔外壳、中子测量单元和γ射线测量单元，本发明的探测方法通过从中子测量单元输出的混合信号中扣除γ射线测量单元输出的γ信号，得到净中子信号。本发明可实现中子、γ混合辐射场中中子和γ射线的联合测量，即利用一个探测器，同时实现中子和γ射线的测量。
Description
技术领域
本发明属于新能源-核电领域，具体属于聚变能源和第四代裂变能源的研究领域。本发明具体涉及一种中子-γ射线联合探测装置及方法。
背景技术
聚变能源装置如激光ICF、Z-pinch以及第四代裂变能源如快中子反应堆、高温气冷堆等大型装置，会产生中子、γ混合辐射场，中子、γ射线探测是支持相关新能源研究的重要手段。现有的探测方法只能对中子、γ射线分别进行探测，由于探测器通常对中子、γ射线均有输出，因此测量其中一种射线时，另一种即成为需要被抑制的噪音。
期刊论文Radiation Measurements 73(2015)46-50公开了一种“裂变-电子收集”中子探测器，其工作原理为：中子与八氧化三铀涂层中的铀发生核裂变反应并产生裂变碎片，裂变碎片在涂层中运动产生次级电子，部分次级电子从涂层表面飞出到达收集电极，“裂变-电子收集”中子探测器通过收集电极给出的电信号大小来测量中子数量。
然而，在混合辐射场中应用时，该探测器仅能实现对中子的探测；此外，由于混合场中的γ射线会从收集电极和涂层电极中打出电子，由此产生的信号形成噪音，对中子测量造成干扰。
发明内容
针对现有技术不仅不能对γ射线测量，γ射线自身还成为中子测量干扰因素的不足，本发明提出一种中子-γ射线联合探测装置及中子-γ射线联合探测方法，本发明可实现中子、γ混合辐射场中中子和γ射线的联合测量，即利用一个探测器，同时实现中子和γ射线的测量。
本发明具体采用如下技术方案：
一种中子-γ联合探测装置，其特征在于，所述的探测装置包括真空腔外壳、中子测量单元和γ射线测量单元，其中，中子测量单元包括一个中心电极及设置于中心电极两侧的收集电极I和收集电极II，γ射线测量单元包括一个中心电极及设置于中心电极两侧的收集电极I和收集电极II，所述的中子测量单元的中心电极外周镀有裂变材料层，所述的中子测量单元的收集电极I和收集电极II及所述的γ射线测量单元的收集电极I和收集电极II加载同一正高压；所述的中子测量单元和γ测量单元的电极与射线入射方向垂直。
进一步，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向并列放置。
进一步，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向依次放置。
进一步，各电极厚度均小于0.1mm。
进一步，所述的中子测量单元的收集电极I与所述的γ射线测量单元的收集电极I的形状、材料及尺寸相同；所述的中子测量单元的收集电极II与所述的γ射线测量单元的收集电极II的形状、材料及尺寸相同；中子测量单元的中心电极与γ射线测量单元的中心电极形状、材料及尺寸相同。
进一步，所述的中子测量单元的中心电极与收集电极I之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极与收集电极I之间的距离相同；所述的中子测量单元的中心电极与收集电极II之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极与收集电极II之间的距离相同。
本发明还提供一种基于前述的中子-γ联合探测装置的中子-γ射线联合探测方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1.令中心电极电压为零，将所述探测装置的中子测量单元的收集电极I和收集电极II、及所述的γ射线测量单元的收集电极I和收集电极II加载正高压；
步骤2.将中子和γ混合射线辐照至所述的中子和γ联合探测装置；
步骤3.获取中子测量单元输出的中子及γ混合信号，同时获取γ射线测量单元输出的γ信号；
步骤4.从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ射线测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
附图说明
图1为本发明的中子-γ联合探测装置结构示意图；
图中，1.中子测量单元的收集电极I 2.中子测量单元的中心电极 3.中子测量单元的收集电极II 4.γ射线测量单元的收集电极I 5.γ射线测量单元的中心电极 6.γ射线测量单元的收集电极II 7.裂变材料层 8.外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出进一步阐述。
如图1所示，本发明的中子-γ联合探测装置包括外壳8、中子测量单元和γ射线测量单元，其中，中子测量单元包括一个中心电极2及设置于中心电极两侧的收集电极I 1和收集电极II 3，γ射线测量单元包括一个中心电极5及设置于中心电极两侧的收集电极I 4和收集电极II 6，所述的中子测量单元的中心电极2外周镀有裂变材料层7，所述的中子测量单元的收集电极I 1和收集电极II 3及所述的γ射线测量单元的收集电极I 4和收集电极II 6加载同一正高压；所述的中子测量单元和γ测量单元的电极与射线入射方向垂直；外壳8为真空腔。
中子入射时，在中子测量单元中，中子与中心电极2表面的裂变涂层7发生反应，产生裂变碎片，裂变碎片在涂层中运动产生次级电子，次级电子中的一部分从表面逃逸并被两侧加载正高压的收集电极1、3收集，中心电极因失去电子给出中子测量信号。γ射线入射时，γ射线与中子测量单元的三个电极相互作用产生电子，使中心电极得到或者失去电子，中心电极由此给出γ测量信号。当中子和γ混合射线入射时，中子测量单元的中心电极给出中子和γ射线的混合信号。
对于γ测量单元，当中子和γ混合射线入射时，由于其中心电极无裂变涂层，因此不对中子产生输出，而只对γ射线产生输出。从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
本发明的有益效果：
(1)对于中子、γ混合辐射的测量环境，现有技术仅针对中子进行测量，本发明可以同时实现对中子和γ射线的独立测量；
(2)中子信号是从γ信号中扣除获得，不存在γ射线的干扰问题。
本发明两组测量单元处于同一真空腔体内，两个测量单元可沿射线入射方向并列放置(未图示)，以保证测量条件相同。
进一步，为使探测装置结构紧凑，体积减小，本发明的中子测量单元和γ测量单元也可沿射线入射方向依次放置(如图1所示)，但需要确保二者的测量条件一致，如，通过控制电极厚度在合适范围(如，各电极厚度小于0.1mm)，以忽略中子测量单元对射线的阻挡作用。
进一步，所述的中子测量单元的收集电极I 1与所述的γ射线测量单元的收集电极I 4的形状、材料及尺寸相同；所述的中子测量单元的收集电极II 3与所述的γ射线测量单元的收集电极II 6的形状、材料及尺寸相同；中子测量单元的中心电极2与γ射线测量单元的中心电极5形状、材料及尺寸相同。
进一步，所述的中子测量单元的中心电极2与收集电极I 1之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极5与收集电极I 4之间的距离相同；所述的中子测量单元的中心电极2与收集电极II 3之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极5与收集电极II 6之间的距离相同。
本发明还提供一种基于前述的中子和γ联合探测装置的中子和γ射线联合探测方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1.令中心电极电压为零，将所述探测装置的中子测量单元的收集电极I 1和收集电极II 3、及所述的γ射线测量单元的收集电极I 4和收集电极II 6加载正高压；
步骤2.将中子和γ混合射线辐照至所述的中子和γ联合探测装置；
步骤3.获取中子测量单元输出的中子及γ混合信号，同时获取γ射线测量单元输出的γ信号；
步骤4.从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ射线测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
Claims (7)
1.一种中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的探测装置包括真空腔外壳(8)、中子测量单元和γ射线测量单元，其中，中子测量单元包括一个中心电极(2)及设置于中心电极两侧的收集电极I(1)和收集电极II(3)，γ射线测量单元包括一个中心电极(5)及设置于中心电极两侧的收集电极I(4)和收集电极II(6)，所述的中子测量单元的中心电极(2)外周镀有裂变材料层(7)，所述的中子测量单元的收集电极I(1)和收集电极II(3)及所述的γ射线测量单元的收集电极I(4)和收集电极II(6)加载同一正高压；所述的中子测量单元和γ测量单元的各个电极与射线入射方向垂直。
2.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向并列放置。
3.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向依次放置。
4.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，各电极厚度均小于0.1mm。
5.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元的收集电极I(1)与所述的γ射线测量单元的收集电极I(4)的形状、材料及尺寸相同；所述的中子测量单元的收集电极II(3)与所述的γ射线测量单元的收集电极II(6)的形状、材料及尺寸相同；中子测量单元的中心电极(2)与γ射线测量单元的中心电极(5)形状、材料及尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元的中心电极(2)与收集电极I(1)之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极(5)与收集电极I(4)之间的距离相同；所述的中子测量单元的中心电极(2)与收集电极II(3)之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极(5)与收集电极II(6)之间的距离相同。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的中子-γ射线联合探测装置的中子-γ射线联合探测方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1.令中心电极电压为零，将所述探测装置的中子测量单元的收集电极I(1)和收集电极II(3)、及所述的γ射线测量单元的收集电极I(4)和收集电极II(6)加载正高压；
步骤2.将中子和γ混合射线辐照至所述的中子和γ联合探测装置；
步骤3.获取中子测量单元输出的中子及γ混合信号，同时获取γ射线测量单元输出的γ信号：
步骤4.从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ射线测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
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