CN112731507A - 一种中子和γ射线联合探测装置 - Google Patents

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席志国
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杨彪
彭星宇
蔡易平
章法强
许泽平
袁熙
张一镆
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Abstract

本发明公开了一种中子和γ射线联合探测装置，该装置包括外壳、涂层电极基底、裂变材料涂层、引出栅极、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、中子信号电子接收板和磁铁。本发明装置可简化探测系统结构，减少设备用量并且无需事先配套实验，最重要的是可以直接获得γ随时间演化的细节，本发明解决了现有技术中γ信号不包含γ射线随时间演化的信息、γ信号本身不能直接获取(需要从总信号中扣除)、γ信号测量需通过事先配套实验获得必要参考，以及电极数量、配套设备多，结构较复杂的缺点。

Description

一种中子和γ射线联合探测装置
技术领域
本发明属于聚变能源研究装置，具体涉及中子及γ射线探测技术领域，尤其涉及一种中子和γ射线联合探测装置。
背景技术
聚变能源研究装置如激光ICF、Z-pinch以及快中子脉冲堆等大型装置，会在亚ns到μs的时间尺度内产生强度极高的中子、γ混合辐射场，中子、γ射线探测是支持相关研究的重要手段。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声。
期刊论文(Radiation Measurements 73(2015)46-50)给出了一种“裂变-电子收集”中子探测器(如图1所示)，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。专利ZL201821528284.1给出了一种中子和γ射线联合探测装置(如图2所示)，该专利利用纯中子实验，涂层电极基底和电子倍增器件分别给出放大前后的测量信号，可获得中子信号电子的放大系数。在中子、γ混合场中应用时，电子倍增器件给出中子信号，依据此信号大小和事先得到的放大系数，即可获得涂层电极基底输出的原始中子信号。在中子、γ混合场中应用时，涂层电极基底给出中子、γ混合信号，从混合信号中扣除原始中子信号即得到γ信号，从而实现中子和γ射线的联合探测。然而，该专利存在如下缺点：1、专利ZL201821528284.1中，γ信号电子是从总信号中扣除间接得到的，并非直接获得；2、专利ZL201821528284.1中，采用γ信号从总信号中扣除的方法，得到的是γ信号电子的时间积分量，即一段时间内因γ射线产生的总电荷量，无法获得γ射线随时间演化的信息；3、专利ZL201821528284.1中，为得到γ信号，必需事先通过配套实验获取中子信号电子的放大系数；4、专利ZL201821528284.1中，需要使用多个电极以及配套的供电设备、线缆和接口，结构复杂，装配难度大。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种中子和γ射线联合探测装置。
具体采用如下技术方案：
一种中子和γ射线联合探测装置，该装置包括外壳、涂层电极基底、裂变材料涂层、引出栅极、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、中子信号电子接收板和磁铁，其连接关系是：裂变材料涂层镀在涂层电极基底上，背向辐射入射方向；磁铁在引出栅极和中子信号电子接收板之间的空间建立磁场，磁场区域无电场，所述γ信号电子接收板与涂层电极基底和引出栅极共轴，且所述γ信号电子接收板沿粒子入射方向位于中子信号电子接收板之后；
所述γ信号电子接收板的面积大于涂层电极基底的面积，具体面积数值取决于γ信号电子接收板与涂层电极基底之间的距离L；
所述涂层电极基底加载负高压，引出栅极、γ信号电子接收板和中子信号电子接收板电压设定为零，涂层电极基底和引出栅极之间形成电场引出从裂变材料涂层逃逸的电子；所述外壳内为真空环境。
进一步，该装置还包括反射电子屏蔽板，所述反射电子屏蔽板位于中子信号电子接收板右边缘和γ信号电子接收板下边缘之间的空隙处，以阻挡从γ信号电子接收板反射的电子进入中子信号电子接收板。
进一步，所述涂层电极基底、引出栅极、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、反射电子屏蔽板和中子信号电子接收板为金属材质。
进一步，所述引出栅极为丝阵或网状结构，涂层电极基底、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、反射电子屏蔽板和中子信号电子接收板均为实心平板结构。
进一步，所述γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板和反射电子屏蔽板采用原子序数不小于13的金属元素制备而成，且厚度不小于1mm。
进一步，所述γ信号电子接收板为圆形或方形。
进一步，所述γ信号电子接收板的直径或边长等于涂层电极基底的直径或边长+2×tg(30°)×L。
进一步，所述裂变材料涂层的面积小于涂层电极基底的面积，中子信号电子接收板的面积不小于涂层电极基底的面积。
本发明装置可简化探测系统结构，减少设备用量并且无需事先配套实验，最重要的是可以直接获得γ随时间演化的细节，解决了现有技术中γ信号不包含γ射线随时间演化的信息、γ信号本身不能直接获取(需要从总信号中扣除)、γ信号测量需通过事先配套实验获得必要参考，以及电极数量、配套设备多，结构较复杂的缺点。
附图说明
图1为现有“裂变-电子收集”中子探测器；
图2为现有中子和γ射线联合探测器；
图3为本发明中子和γ射线联合探测装置正视图；
图4为本发明中子和γ射线联合探测装置俯视图；
图5为实施例1中γ射线随时间变化的曲线图；
图中，1.外壳 2.涂层电极基底 3.裂变材料涂层 4.引出栅极 5.γ信号电子接收板 6.γ信号电子屏蔽板 7.反射电子屏蔽板 8.中子信号电子接收板 9.磁铁。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细阐述。
一种中子和γ射线联合探测装置，该装置包括外壳1、涂层电极基底2、裂变材料涂层3、引出栅极4、γ信号电子接收板5、γ信号电子屏蔽板6、中子信号电子接收板8和磁铁9，其连接关系是：裂变材料涂层3镀在涂层电极基底2上，背向辐射入射方向；磁铁9在引出栅极4和中子信号电子接收板8之间的空间建立磁场，磁场区域无电场，如图3-4所示。所述γ信号电子接收板5与涂层电极基底2和引出栅极4共轴，且所述γ信号电子接收板5沿粒子入射方向位于中子信号电子接收板8之后；γ信号电子屏蔽板6用于阻挡γ射线在涂层电极基底2和裂变材料涂层3中产生的少数大角度高能电子直接进入中子信号电子接收板8。
蒙特卡洛模拟表明，γ射线从涂层电极基底2和裂变材料涂层3中击出的电子85％以上沿与γ入射方向夹角小于30°的方向飞行。为提高γ信号电子的接收效率，设计所述γ信号电子接收板5的面积大于涂层电极基底2的面积，具体面积数值取决于γ信号电子接收板5与涂层电极基底2之间的距离L；
所述涂层电极基底2加载负高压，引出栅极4、γ信号电子接收板5和中子信号电子接收板8电压设定为零，涂层电极基底2和引出栅极4之间形成电场引出从裂变材料涂层3逃逸的电子；所述外壳1内为真空环境。
本装置采用磁场偏转中子信号电子，通过设置γ信号电子接收板，直接收集γ信号电子。使用过程中，中子入射时，引出栅极将中子产生的低能电子引出并进入磁铁9产生的磁场空间，在该磁场的作用下中子产生的低能电子(几个eV)发生偏转进入中子信号电子接收板8。γ入射时，γ射线从涂层电极基底2、裂变材料涂层3中击出高能电子，它们主要沿入射γ射线的方向飞行，相对于中子产生的低能电子，这些γ产生的电子能量高(数十keV以上)，磁铁9产生的磁场对这些高能电子的偏转可忽略，由此γ高能电子进入γ信号电子接收板5并给出γ信号。在中子、γ混合辐射场中测量时，分别由中子信号电子接收板8和γ信号电子接收板5独立给出中子和γ信号，实现混合辐射场中中子和γ的联合探测。
进一步，该装置还包括反射电子屏蔽板7，所述反射电子屏蔽板7位于中子信号电子接收板8右边缘和γ信号电子接收板5下边缘之间的空隙处，反射电子屏蔽板7用于阻挡γ射线在涂层电极基底2和裂变材料涂层3中产生的高能电子经γ信号电子接收板5反射进入中子信号电子接收板8。
进一步，所述涂层电极基底2、引出栅极4、γ信号电子接收板5、γ信号电子屏蔽板6、反射电子屏蔽板7和中子信号电子接收板8为金属材质。
进一步，所述引出栅极4为丝阵或网状结构，涂层电极基底2、γ信号电子接收板5、γ信号电子屏蔽板6、反射电子屏蔽板7和中子信号电子接收板8均为实心平板结构。
进一步，为确保γ信号电子的充分吸收，所述γ信号电子接收板5、γ信号电子屏蔽板6和反射电子屏蔽板7采用导电性能良好、原子序数不小于13的金属元素的制备而成，且厚度不小于1mm，以避免电子穿透。
进一步，所述γ信号电子接收板5为圆形或方形。
进一步，所述γ信号电子接收板5的直径或边长等于涂层电极基底2的直径或边长+2×tg(30°)×L。
进一步，所述裂变材料涂层3的面积小于涂层电极基底2的面积，中子信号电子接收板8的面积不小于涂层电极基底的面积。
实施例1
本实施例中子和γ射线联合探测装置包括外壳1、涂层电极基底2、裂变材料涂层3、引出栅极4、γ信号电子接收板5、γ信号电子屏蔽板6、反射电子屏蔽板7、中子信号电子接收板8和磁铁9，其中，外壳1采用不锈钢柱形腔体，直径400mm，厚度4mm；涂层电极基底2采用不锈钢薄圆片，直径100mm，厚度0.1mm；裂变材料涂层3采用丰度为90％的235U圆形涂层，与涂层电极基底2共轴，直径80mm，厚度1μm；引出栅极4采用间距5mm的平行铜丝丝阵，丝阵边界为圆形、与涂层电极基底2共轴，直径为100mm，铜丝直径20μm；引出栅极4与涂层电极基底2之间距离为10mm；中子信号电子接收板8采用铜圆片，直径100mm，厚度2mm，其轴线到涂层电极基底2的距离为70mm，其上表面到涂层电极基底2的下边缘距离为80mm；γ信号电子接收板5采用铜圆片，与涂层电极基底2共轴，到涂层电极基底2的距离为130mm，直径250mm，厚度2mm；γ信号电子屏蔽板6采用矩形铜片，长度120mm，宽度10mm，位于涂层引出栅极4下边缘与中子信号电子接收板8左边缘连线的中部，与中子信号电子接收板8夹角45°；反射电子屏蔽板7采用矩形铜片，长度120mm，宽度10mm，位于中子信号电子接收板8右边缘和γ信号电子接收板5下边缘连线的中部，与中子信号电子接收板8夹角45°。涂层电极基底2加载-2kV电压，由于中子信号电子离开裂变材料涂层时能量仅有几个eV，相对于2kV的引出电场可忽略，中子信号电子在穿过引出栅极4后的能量均为2keV且飞行方向与引出栅极4的平面垂直。电子偏转半径由磁感应强度确定，电子偏转半径最大值为引出栅极4到中子信号电子接收板8右边缘的距离，以使中子信号电子经偏转到达中子信号电子接收板8，本实施例中此距离为110mm，对应磁铁9应设置的磁感应强度为10Gs。
按本实施例，在中子、γ混合辐射场中测量时，中子和γ信号分别由γ信号电子接收板和中子信号电子接收板给出，不同时刻γ射线产生的电子依次到达γ信号电子接收板，由其给出γ射线随时间演化的细节。按本实施例，仅需要涂层电极基底2的供电电源、内外部电缆和接口，相对于专利ZL201821528284.1，减少了引出栅极4、前偏转栅极5、后偏转栅极6的供电电源、内外部电缆和接口，结构简化，装配难度降低。按本实施例，由于直接获取γ信号，不需要事先通过配套实验获取中子信号电子的放大系数，从而推断混合信号中的中子信号大小，进而将其扣除得到γ信号等一系列步骤，降低了测量的准备和应用难度。
通过上述实施例，相对于现有技术本专利具有以下有益效果：
1、专利ZL201821528284.1中，γ信号电子是从总信号中扣除间接得到的，而本发明利用γ信号电子接收板，直接获得γ信号；
2、专利ZL201821528284.1中，采用γ信号从总信号中扣除的方法，得到的是一段时间内因γ射线产生的总电荷量，无法获得γ射线随时间演化的信息。然而，本发明装置中关于γ信号可给出γ射线随时间演化的具体详情(如图5中随时间变化的γ射线强度，本发明可给出相同波形的γ射线测量信号)；
3、专利ZL201821528284.1中，为得到γ信号，需要事先通过配套实验获取中子信号电子的放大系数。而本发明无需事先的配套实验获取相关参数，降低了测量的准备和应用难度；
4、专利ZL201821528284.1中，需要多个电极以及配套的供电设备、线缆和接口，结构复杂装配难度大。而本发明只需要单个电极(涂层电极基底2)及相应供电设备、电缆和接口，结构简单，装配难度降低。
本发明所述具体实施方案只是各种可能中的一种较为容易的方式。所有相关实施案例均为示例性的而非穷尽性的，该发明绝不仅仅限于所述实施案例。在不偏离本发明的实施案例范围和精神的情况下，许多修改和变更都是可能的和显而易见的。

Claims (8)

1.一种中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，该装置包括外壳、涂层电极基底、裂变材料涂层、引出栅极、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、中子信号电子接收板和磁铁，其连接关系是：裂变材料涂层镀在涂层电极基底上，背向辐射入射方向；磁铁在引出栅极和中子信号电子接收板之间的空间建立磁场，磁场区域无电场，所述γ信号电子接收板与涂层电极基底和引出栅极共轴，且所述γ信号电子接收板沿粒子入射方向位于中子信号电子接收板之后；
所述γ信号电子接收板的面积大于涂层电极基底的面积，具体面积数值取决于γ信号电子接收板与涂层电极基底之间的距离L；
所述涂层电极基底加载负高压，引出栅极、γ信号电子接收板和中子信号电子接收板电压设定为零，涂层电极基底和引出栅极之间形成电场引出从裂变材料涂层逃逸的电子，所述外壳内为真空环境。
2.根据权利要求1所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，该装置还包括反射电子屏蔽板，所述反射电子屏蔽板位于中子信号电子接收板右边缘和γ信号电子接收板下边缘之间的空隙处，以阻挡从γ信号电子接收板反射的电子进入中子信号电子接收板。
3.根据权利要求2所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，所述涂层电极基底、引出栅极、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、反射电子屏蔽板和中子信号电子接收板为金属材质。
4.根据权利要求2所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，所述引出栅极为丝阵或网状结构，涂层电极基底、γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板、反射电子屏蔽板和中子信号电子接收板均为实心平板结构。
5.根据权利要求2所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，所述γ信号电子接收板、γ信号电子屏蔽板和反射电子屏蔽板采用原子序数不小于13的金属元素制备而成，且厚度不小于1mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，所述γ信号电子接收板为圆形或方形。
7.根据权利要求6所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，所述γ信号电子接收板的直径或边长等于涂层电极基底的直径或边长+2×tg(30°)×L。
8.根据权利要求6所述的中子和γ射线联合探测装置，其特征在于，所述裂变材料涂层的面积小于涂层电极基底的面积，中子信号电子接收板的面积不小于涂层电极基底的面积。
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CN108873053A (zh) * 2018-09-19 2018-11-23 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种中子和γ射线联合探测器
CN114779040A (zh) * 2022-06-22 2022-07-22 成都理工大学 一种面向混合辐射场景的激光模拟系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108873053A (zh) * 2018-09-19 2018-11-23 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种中子和γ射线联合探测器
CN108873053B (zh) * 2018-09-19 2023-07-14 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种中子和γ射线联合探测器
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