CN112764087A - 一种基于充气同心球的中子能谱测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核辐射探测技术领域，提供一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，包括热中子探测器、同心耐高压球形壳、配气单元、信号处理单元；所述热中子探测器位于设备的中心位置，所述同心耐高压球形壳包裹于热中子探测器外层，同心耐高压球形壳的内壁与外壁之间形成耐高压空腔，所述配气单元与同心耐高压球形壳连通，用于向球壳内充入慢化气体，通过改变气体的压强实现慢化厚度的调节，所述信号处理单元对热中子探测器的输出信号进行处理。本发明装置只有一个球体，避免了多个慢化球之间的相互干扰；结构简单，不需增加设备的尺寸即可实现不同慢化厚度下的测量；可以远程操作，便于高剂量率等场合使用。

Description

一种基于充气同心球的中子能谱测量装置
技术领域
本发明涉及核辐射探测技术领域，具体的说是一种基于充气同心球的中子能谱测量装置。
背景技术
中子不带电，具有较强的穿透能力，一般通过与原子核的碰撞或核反应来损失能量。中子与物质的相互作用方式通常与其能量相关，因此需要对中子的能量信息进行测量，例如核反应堆、加速器等大型核设施等均包含中子能谱测量。同时中子与人体中主要元素（碳、氢、氧等）的反应截面较大，对人体的安全有较大的威胁，需要对中子的剂量进行实时监测，通过测量中子能谱可以实现中子剂量的转换。
传统中使用的中子谱仪一般为多球中子谱仪，具有操作简单、各项同性的优点。多球中子谱仪由多个慢化球构成，慢化球的直径不同，其慢化材料主要有聚乙烯和石蜡两种，每个慢化球中心都放置了一个热中子探测器。对于直径小的慢化球，低能中子响应较高，高能中子慢化程度低，因此响应低；对于直径的大慢化球，高能中子经过充分的慢化后会有较大响应。多个慢化球对中子的能量灵敏区间均不同，即响应函数不同，通过对各球测量得出的热中子计数进行解谱可以获得中子能谱。
传统的多球中子谱仪存在球与球之间的相互干扰，影响测量精度。当需要精确测量、增加测量数据时，探测球的个数较多，增加了设备的复杂度，使得仪器较为庞大笨重，不利于小空间内使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，设备只有一个球体，避免了球与球之间的相互干扰；结构简单，不需增加设备的尺寸即可实现不同慢化厚度下的测量；理论上可以有无数种慢化厚度，可以大大提高测量的精细度；可以远程操作，便于高剂量率等场合使用。
为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，包括热中子探测器、同心耐高压球形壳、配气单元、信号处理单元；所述热中子探测器位于设备的中心位置，实现对热中子的探测，所述同心耐高压球形壳包裹于热中子探测器外层，同心耐高压球形壳的内壁与外壁之间形成耐高压空腔，用于充入慢化气体，同心耐高压球形壳与热中子探测器同心，所述配气单元与同心耐高压球形壳连通，用于向球壳内充入慢化气体，通过改变气体的压强实现慢化厚度的调节，所述信号处理单元对热中子探测器的输出信号进行处理。
本发明只需要一个测量装置即可实现不同慢化厚度的测量，不需要增加其他的慢化球，因此避免了多球中子谱仪中球与球之间的相互干扰。本发明测量装置为球形结构，具有各向同性的优点。
在上述技术方案中，所述热中子探测器包括但不限于球形3He正比计数管等。
在上述技术方案中，所述慢化气体包括但不限于有机气体、氦气、含硼气体等。对同心耐高压球形壳空腔中充入气体作为慢化剂，通过改变气体的压强实现慢化厚度的改变，由于气体的压强灵活可调，可以任意设置，理论上可以有无数种慢化厚度，大大提高测量的精细度。
在上述技术方案中，气体压强可以通过气路远程控制，方便设备在高剂量率环境中使用。设备结构简单，尺寸较小，便于在空间有限的环境下使用。
在上述技术方案中，在同心耐高压球形壳内设置辅助层，辅助层材质为铜、铅、或钨。
在上述技术方案中，所述同心耐高压球形壳为多层结构，各层中充入不同的慢化气体，形成多层慢化剂的结构。
本发明基于充气同心球的中子能谱测量装置，系统结构简单，避免了多球之间的相互干扰；理论上可以有无数种慢化厚度，大大提高测量的精细度；可以实现远程控制与测量，并且方便在空间有限的环境下使用。
附图说明
图1为本发明基于充气同心球的中子能谱测量装置的结构示意图。
图2为本发明装置中增加辅助层的结构示意图。
图3为本发明装置第一种与其他慢化方式混合使用的结构示意图。
图4为本发明装置第二种与其他慢化方式混合使用的结构示意图。
其中：1.热中子探测器，2.同心耐高压球形壳，3.配气单元，4.信号处理单元，5.慢化气体，6.辅助层，7.其他慢化剂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅用以解释发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本实施例提供一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，包括热中子探测器1、同心耐高压球形壳2、配气单元3、信号处理单元4。
所述热中子探测器1位于设备的中心位置，包括但不限于球形3He正比计数管等，实现对热中子的探测。所述同心耐高压球形壳2包裹于热中子探测器1外层，同心耐高压球形壳2的内壁与外壁之间形成耐高压空腔，用于充入慢化气体5，同心耐高压球形壳2放置在与热中子探测器1同心的位置。所述配气单元3与同心耐高压球形壳2连通，用于向球壳内充入慢化气体，并且可以调整球壳内的气压，实现慢化剂厚度的调节，慢化气体5包括但不限于有机气体、氦气、含硼气体等。信号处理单元4对热中子探测器1的输出信号进行处理。
在本实施例基于充气同心球的中子能谱测量装置中可以增加一层辅助层6来增大可测能量范围，如图2中所示，辅助层6位于同心耐高压球形壳2内部，与外壳同心，材质包括但不限于铜、铅、钨等。
本实施例基于充气同心球的中子能谱测量装置可以与其他的慢化结构组合使用，调整测量的中子能量范围。如图3中所示，在热中子探测器1与同心耐高压球形壳2之间可以加入其他慢化剂7，包括但不限于石蜡、聚乙烯、水等。
其他慢化剂7也可以安装于同心耐高压球形壳2的外侧，如图4中所示。
以上说明中均以一层慢化剂为例，实际中还包含多层慢化剂的结构，所述同心耐高压球形壳2为多层结构，各层中充入不同的慢化气体，与其他慢化剂配合使用时，均可以包含辅助层，同时其他慢化剂也可以包含多层结构，同心耐高压球形壳与其他慢化剂均可以多层组合使用。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，其特征在于：包括热中子探测器、同心耐高压球形壳、配气单元、信号处理单元；所述热中子探测器位于设备的中心位置，实现对热中子的探测，所述同心耐高压球形壳包裹于热中子探测器外层，同心耐高压球形壳的内壁与外壁之间形成耐高压空腔，用于充入慢化气体，同心耐高压球形壳与热中子探测器同心，所述配气单元与同心耐高压球形壳连通，用于向球壳内充入慢化气体，调整球壳内的气压，实现慢化剂厚度的调节，所述信号处理单元对热中子探测器的输出信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于充气同心球的中子能谱测量装置，其特征在于：所述热中子探测器为球形3He正比计数管。
3.根据权利要求1所述的基于充气同心球的中子能谱测量装置，其特征在于：所述慢化气体为有机气体、氦气、或含硼气体。
4.根据权利要求1所述的基于充气同心球的中子能谱测量装置，其特征在于：在同心耐高压球形壳内设置辅助层，辅助层材质为铜、铅、或钨。
5.根据权利要求1所述的基于充气同心球的中子能谱测量装置，其特征在于：所述同心耐高压球形壳为多层结构，各层中充入不同的慢化气体，形成多层慢化剂的结构。
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