CN112363202A - 一种中子源三维定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中子源三维定位方法及系统，采用三个气体电子倍增器，将三个气体电子倍增器放置在不同的位置，在进行中子源的三维定位时，首先获取每个气体电子倍增器的采集到的反冲质子与转化层法线的夹角的分布，利用集成前置放大器对三个气体电子倍增器采集到的信号进行放大，再通过处理器计算出每个气体电子倍增器对应的中子束入射方向；然后基于三个气体电子倍增器对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。本发明实现了中子源的快速准确定位，使得工作人员能够快速的寻找到中子源，能够有效避免在中子源的寻找过程中工作人员受到过量的辐射。
Description
技术领域
本发明涉及核探测技术领域，具体涉及一种中子源三维定位方法及系统。
背景技术
中子源是能释放出中子的装置。中子源有很多种，从手持放射性源到中子研究设施的研究堆和裂变源。根据中子的能量、中子通量、设备的大小、花费和政府的管制，这些装置在物理、工程、医药、核武器、石油勘探、生物、化学、核动力和其他工业中有着广泛的用途
现阶段的中子探测技术主要用于测量中子活度及中子剂量率，无法获得中子源具体位置。当发生中子源丢失事故时，由于无法获取中子源具体位置，在寻找和处理中子源时通常需要耗费较多时间，从而倒是相关人员接受的辐射超标。
因此，如何能够准确定位中子源的位置，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的问题是：如何能够准确定位中子源的位置。
本发明采用了如下的技术方案：
如图1所示，本发明公开了一种中子源三维定位方法，包括如下步骤：
S1、采集到三个不同位置的反冲质子与转化层法线的夹角的分布，计算出每个位置对应的中子束入射方向；
S2、基于每个位置对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。
优选地，步骤S1中采集到三个不同位置的反冲质子与转化层法线的夹角的分布包括如下步骤：
S101、利用时间投影室技术，多次获取反冲质子的三维信息；
S102、基于每次获取的反冲质子的三维信息计算对应的反冲质子与转化层法线的夹角，从而得到反冲质子与转化层法线的夹角的分布。
一种中子源定位系统，包括三个气体电子倍增器，还包括具有波形采样功能的集成前置放大器以及处理器，其中：
所述三个气体电子倍增器放置在不同的位置，用于采集反冲质子与转化层法线的夹角的分布；
所述集成前置放大器用于对三个气体电子倍增器采集到的信号进行放大；
所述处理器用于基于每个气体电子倍增器对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。
优选地，所述采集反冲质子与转化层法线的夹角的分布包括：
利用时间投影室技术，多次获取反冲质子的三维信息；
基于每次获取的反冲质子的三维信息计算对应的反冲质子与转化层法线的夹角，从而得到反冲质子与转化层法线的夹角的分布。
综上所述，本发明公开了一种中子源三维定位方法及系统，采用三个气体电子倍增器，将三个气体电子倍增器放置在不同的位置，在进行中子源的三维定位时，首先获取每个气体电子倍增器的采集到的反冲质子与转化层法线的夹角的分布，利用集成前置放大器对三个气体电子倍增器采集到的信号进行放大，再通过处理器计算出每个气体电子倍增器对应的中子束入射方向；然后基于三个气体电子倍增器对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。本发明实现了中子源的快速准确定位，使得工作人员能够快速的寻找到中子源，能够有效避免在中子源的寻找过程中工作人员受到过量的辐射。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1是本发明公开的一种中子源三维定位方法的流程图。
图2是本发明公开的一种中子源定位系统中三个气体电子倍增器的设置位置示意图。
图3是气体电子倍增器结构示意图。
图4至图7是不同入射方向中子照射下的出射粒子的出射方向的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种中子源三维定位方法，包括如下步骤：
S1、采集到三个不同位置的反冲质子与转化层法线的夹角的分布，计算出每个位置对应的中子束入射方向；
S2、基于每个位置对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。
具体实施时，步骤S1中采集到三个不同位置的反冲质子与转化层法线的夹角的分布包括如下步骤：
S101、利用时间投影室技术，多次获取反冲质子的三维信息；
S102、基于每次获取的反冲质子的三维信息计算对应的反冲质子与转化层法线的夹角，从而得到反冲质子与转化层法线的夹角的分布。
本发明实现了中子源的快速准确定位，使得工作人员能够快速的寻找到中子源，能够有效避免在中子源的寻找过程中工作人员受到过量的辐射
此外，如图2所示，本发明还公开了实现上述方法的一种中子源定位系统，包括三个气体电子倍增器，还包括具有波形采样功能的集成前置放大器以及处理器，其中：
三个气体电子倍增器放置在不同的位置，用于采集反冲质子与转化层法线的夹角的分布；
集成前置放大器用于对三个气体电子倍增器采集到的信号进行放大；
处理器用于基于每个气体电子倍增器对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。
本发明中，前置放大器安放至气体电子倍增器信号读出条上，每一个气体电子倍增器具有很多路信号读出条，每个读出条安放一路前置放大器。对于一个典型的气体电子倍增器约需要256路前置放大器，因此本发明中选用集成放大器，每个集成放大器集成了64路芯片，一个气体电子倍增器一共需要4个集成芯片，每个集成放大器通过一对差分信号将数据并行（4路）传输至数据获取板，数据获取板打包之后传至上位机（处理器）。
具体实施时，采集反冲质子与转化层法线的夹角的分布包括：
利用时间投影室技术，多次获取反冲质子的三维信息；
基于每次获取的反冲质子的三维信息计算对应的反冲质子与转化层法线的夹角，从而得到反冲质子与转化层法线的夹角的分布。
气体电子倍增器是一种被广泛应用于中子成像领域的气体探测器。气体电子倍增器使用平面聚乙烯作为转换层来探测快中子，快中子与聚乙烯发生弹性碰撞将质子从聚乙烯中打出，质子作为带电粒子在气体电子倍增器的工作气体中产生电子离子对从而被二维读出板记录。
中子与质子发射弹性碰撞时，质子的弹射角度与中子入射角度有关。
如图3所示为气体电子倍增器结构示意图，GEM膜是气体电子倍增器中的一个元件。二维读出板可获得反冲质子二维信息（x, y），使用具有波形采样功能的集成前置放大器可以获得反冲质子的时间信息，由于电子漂移速度大体一致，因此该时间信息可以获得反冲质子的z轴信息。
如图4至图7所示，是不同入射方向中子照射下的出射粒子的出射方向，本发明可以实现探测出射粒子方向的能力，利用出射粒子方向的分布可以获得入射粒子的入射方向。利用上述信息可以重建出质子在空间中的三维信息，并获得反冲质子与转化层法线的夹角φ。当入射中子垂直于探测器表面时，其出射角度分布作用对称。当入射中子从右边射入探测器表面时，其出射角度左边分布角度越大，入射角度越大，其左右分布越不对称。当入射中子从左边射入探测器表面时，其出射角度右边分布角度越大，入射角度越大，其左右分布越不对称。其谱分布与角度的关系可通过实验得到。
当探测器计数率足够多的时候，利用该夹角φ的统计分布即可计算出中子束入射方向。例如当探测器总计数达到2000之后开始计算方位角，并且随着总计数的增加，计算出来的角度越精确。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (4)
1.一种中子源三维定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采集到三个不同位置的反冲质子与转化层法线的夹角的分布，计算出每个位置对应的中子束入射方向；
S2、基于每个位置对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。
2.如权利要求1所述的中子源三维定位方法，其特征在于，步骤S1中采集到三个不同位置的反冲质子与转化层法线的夹角的分布包括如下步骤：
S101、利用时间投影室技术，多次获取反冲质子的三维信息；
S102、基于每次获取的反冲质子的三维信息计算对应的反冲质子与转化层法线的夹角，从而得到反冲质子与转化层法线的夹角的分布。
3.一种中子源定位系统，其特征在于，包括三个气体电子倍增器，还包括具有波形采样功能的集成前置放大器以及处理器，其中：
所述三个气体电子倍增器放置在不同的位置，用于采集反冲质子与转化层法线的夹角的分布；
所述集成前置放大器用于对三个气体电子倍增器采集到的信号进行放大；
所述处理器用于基于每个气体电子倍增器对应的中子束入射方向利用三角定位法对中子源进行定位。
4.如权利要求3所述的中子源定位系统，其特征在于，所述采集反冲质子与转化层法线的夹角的分布包括：
利用时间投影室技术，多次获取反冲质子的三维信息；
基于每次获取的反冲质子的三维信息计算对应的反冲质子与转化层法线的夹角，从而得到反冲质子与转化层法线的夹角的分布。
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