CN113820737A - 紧凑型反符合快中子探测结构及获取中子能谱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型反符合快中子探测结构及获取中子能谱的方法，属于中子探测领域，探测结构包括七个半导体探测器单元及一个由含氢材料制成的转化层，七个半导体探测器单元按顺序排列依次为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七半导体探测器单元，每个半导体探测器单元包含至少一个半导体探测器，第一、第四及第七半导体探测器单元组成反符合探测器组，第二和第三半导体探测器单元组成中性粒子本底探测器组，第五和第六半导体探测器单元组成反冲质子探测器组；转化层设于第四与第五半导体探测器单元之间，转化层中的氢原子核与入射的中子发生碰撞产生反冲质子。本发明可以有效地降低本底信号对测量的影响，提高中子能谱反演的精确度。

Description

紧凑型反符合快中子探测结构及获取中子能谱的方法

技术领域

本发明属于中子探测技术领域，具体地说，涉及一种紧凑型反符合快中子探测结构及获取中子能谱的方法。

背景技术

宇宙空间中的辐射环境非常复杂，包括银河宇宙射线、太阳高能粒子以及这些初级粒子和物质作用产生的各种次级粒子。由于中子不带电，中子探测的效率和精度问题一直是人们研究的热点。其中中子探测精度问题包括在探测中子过程中，如何尽最大可能去掉其他中性和带电粒子干扰信号的影响。

反冲质子法是比较常见的用于探测快中子的方法，通过探测快中子和含氢材料中的氢原子核发生碰撞，产生的反冲质子来间接探测快中子，然后对探测到的反冲质子能谱进行反演，从而得到中子的能谱。但由于本底伽马射线和带电粒子都会在探测器中产生沉积能量，使得反冲质子能谱的精确度不高，进而导致反演中子能谱的误差很大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的反演中子能谱精确度低等上述问题，提供了一种紧凑型反符合快中子探测结构及获取中子能谱的方法，能够高效去除本底信号的影响，更加准确地获取反冲质子能谱，提高反演中子能谱的精确度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种快中子探测结构，包括：

七个半导体探测器单元，按顺序排列依次为第一半导体探测器单元、第二半导体探测器单元、第三半导体探测器单元、第四半导体探测器单元、第五半导体探测器单元、第六半导体探测器单元、第七半导体探测器单元，每个半导体探测器单元包含至少一个半导体探测器；第一半导体探测器单元、第四半导体探测器单元及第七半导体探测器单元组成反符合探测器组，用于去其所覆盖立体角范围内入射的带电粒子信号；第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元组成中性粒子本底探测器组，用于测量中性粒子在半导体探测器中所产生的中性粒子本底能谱，所述中性粒子包括中子和伽马射线；所述第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元组成反冲质子探测器组，用于测量反冲质子在半导体探测器中产生的沉积能谱；

采用含氢材料制作而成的转化层，设于所述第四半导体探测器单元与所述第五半导体探测器单元之间，转化层中的氢原子核与入射的快中子发生碰撞产生反冲质子，所述反冲质子进入所述第五半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元，用于产生所述沉积能谱。

优选的，第一半导体探测器单元、第四半导体探测器单元、第七半导体探测器单元组成第一组探测器，第二半导体探测器单元、第六半导体探测器单元组成第二组探测器，第三半导体探测器单元、第五半导体探测器单元组成第三组探测器，第一组探测器中各半导体探测器的面积大于第二组探测器中各半导体探测器的面积。

优选的，第二组探测器中，所述第二半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元的面积和厚度均相同。

优选的，第三组探测器中，所述第三半导体探测器单元和所述第五半导体探测器单元的面积和厚度均相同。

优选的，转化层的面积大于第二组探测器的面积。

优选的，在第二半导体探测器单元、第三半导体探测器单元、第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元周围均设设置一个环形探测器单元，每个环形探测器单元包含一个或一个以上半导体探测器，第二半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第二半导体探测器单元边缘，第三半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第三半导体探测器单元边缘，第五半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第五半导体探测器单元边缘，第六半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第六半导体探测器单元边缘。

优选的，所述七个半导体探测器单元与所述转化层同轴平行。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种获取中子能谱的方法，采用上述紧凑型反符合快中子探测结构，含有以下步骤：

S1、将快中子探测结构置于各向同性的辐射环境中，通过第一半导体探测器单元、第四半导体探测器单元、第七半导体探测器单元利用反符合方法去其所覆盖立体角范围内入射的带电粒子信号；

S2、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元都有信号时，得到第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元的中性粒子本底能谱，作为第一能谱；

S3、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元没有信号，而第三半导体探测器单元有信号的时候，得到第三半导体探测器单元的中性粒子本底能谱，作为第二能谱；

S4、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元都有信号的时候，得到两片半导体探测器单元的总的沉积能谱，作为第三能谱，所述第三能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S5、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元有信号，而第六半导体探测器单元没有信号的时候，得到第五半导体探测器单元的沉积能谱，作为第四能谱，所述第四能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S6、将步骤S4中得到的第三能谱减去步骤S2中得到的第一能谱，得到第一反冲质子能谱，即高能质子能谱；

S7、将步骤S5中得到的第四能谱减去步骤S3中得到的第二能谱，得到第二反冲质子能谱，即低能质子能谱；

S8、将第一反冲质子能谱和第二反冲质子能谱，分别反演得到第一中子能谱和第二中子能谱，将两个中子能谱叠加得到总入射中子能谱，该总入射中子能谱即为所需获取的中子能谱。

优选的，步骤S1中，反符合方法是指在处理所述第二半导体探测器单元和所述第三半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元或所述第四半导体探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第二半导体探测器单元和所述第三半导体探测器单元中的数据；在处理所述第五半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元或所述第七半导体探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第五半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元中的数据。

优选的，步骤S1中，反符合方法是指在处理所述第二半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元或所述第四半导体探测器单元或第二半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第二半导体探测器单元中的数据；在处理所述第三半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元或所述第四半导体探测器单元或第三半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第三半导体探测器单元中的数据；在处理所述第五半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元或所述第七半导体探测器单元或第五半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第五半导体探测器单元中的数据；在处理所述第六半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元或所述第七半导体探测器单元或第六半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第六半导体探测器单元中的数据。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

（1）本发明快中子探测结构通过其结构设计，可以有效去除干扰信号的影响，更加准确的获取反冲质子能谱，提高中子能谱反演的精确度，可靠性高。

（2）本发明快中子探测结构非常紧凑、占据空间小，能够应用在小型化低功耗的设备中。

附图说明

图1为本发明实施例所述紧凑型反符合快中子探测结构的结构框图；

图2为本发明实施例所述优化版本的紧凑型反符合快中子探测结构的结构框图；

图3为文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道中子能谱；

图4为本发明实施例在去掉转化层的情况下，109个能量在0.1MeV到100 MeV 、能量分布按照参考文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道中子能谱（参见图3）分布的中子各向同性入射时，第三能谱和第一能谱的对比结果；

图5为本发明实施例在去掉转化层的情况下，109个能量在0.1MeV到100 MeV 、能量分布按照参考文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道中子能谱（参见图3）分布的中子各向同性入射时，第四能谱和第二能谱的对比结果；

图6为文献（O’Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型中的质子能谱；

图7为本发明实施例109个能量在1 MeV到5×104 MeV、能量分布参考文献（O’Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型的质子（参见图6）各向同性入射时，第三能谱和第一能谱的对比结果；

图8为本发明实施例109个能量在1 MeV到5×104 MeV、能量分布参考文献（O’Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型的质子（参见图6）各向同性入射时，第四能谱和第二能谱的对比结果；

图9为本发明实施例109个能量在0.1MeV到100 MeV 、能量分布按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道能谱分布（参见图3）中的中子各向同性入射时，第三能谱和第一能谱的对比结果；

图10为本发明实施例109个能量在0.1MeV到100 MeV 、能量分布按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道能谱分布（参见图3）中的中子各向同性入射时，第四能谱和第二能谱的对比结果；

图11为本发明实施例109个能量在0.1MeV到100 MeV、能量分布按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道能谱分布（参见图3）中的中子各向同性入射时，将第三能谱减去第一能谱，得到第一反冲质子能谱（即高能质子）；将第四能谱减去第二能谱，得到第二反冲质子能谱（即低能质子）；

图12为本发明实施例按照宇宙射线中质子和地球轨道中子通量比各向同性入射2×109个1 MeV-5×104 MeV的质子和109个0.1MeV到100 MeV 的中子时，第三能谱和第一能谱的对比结果。其中质子按照文献（O’Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型的质子能谱（参见图6）分布，中子按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道的中子能谱（参见图3）分布；

图13为本发明实施例按照宇宙射线中质子和地球轨道中子通量比各向同性入射2×109个1 MeV-5×104 MeV的质子和109个0.1MeV到100 MeV 的中子时，第四能谱和第二能谱的对比结果。其中质子按照文献（O’Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型的质子能谱（参见图6）分布，中子按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道的中子能谱（参见图3）分布；

图14为本发明实施例按照宇宙射线中质子和地球轨道中子通量比各向同性入射2×109个1 MeV-5×104 MeV的质子和109个0.1MeV到100 MeV 的中子时，将第三能谱减去第一能谱，得到第一反冲质子能谱（即高能质子）；将第四能谱减去第二能谱，得到第二反冲质子能谱（即低能质子）；其中质子按照文献（O’Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型的质子能谱（参见图6）分布，中子按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道的中子能谱（参见图3）分布。

图中，1、第一半导体探测器单元，2、第二半导体探测器单元，2H、第二半导体探测器单元周围的环形探测器，3、第三半导体探测器单元，3H、第三半导体探测器单元周围的环形探测器，4、第四半导体探测器单元，5、第五半导体探测器单元，5H、第五半导体探测器单元周围的环形探测器，6、第六半导体探测器单元，6H、第六半导体探测器单元周围的环形探测器，7、第七半导体探测器单元，8、转化层。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，本发明实施例提供了一种紧凑型反符合快中子探测结构，包括：

七个半导体探测器单元，按顺序排列依次为第一半导体探测器单元1、第二半导体探测器单元2、第三半导体探测器单元3、第四半导体探测器单元4、第五半导体探测器单元5、第六半导体探测器单元6、第七半导体探测器单元7，每个半导体探测器单元三个半导体探测器，所述第一半导体探测器单元1、第四半导体探测器单元4、第七半导体探测器单元7组成反符合探测器组，用于去除95%立体角范围内入射的带电粒子信号；第二半导体探测器单元2和第三半导体探测器单元3组成中性粒子本底探测器组，用于测量中性粒子在半导体探测器中所产生的中性粒子本底能谱，所述中性粒子包括中子和伽马射线；第五半导体探测器单元5和第六半导体探测器单元6组成反冲质子探测器组，用于测量反冲质子在半导体探测器中所产生的沉积能谱，所述沉积能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

采用含氢材料制作而成的转化层8，设于第四半导体探测器单元4与第五半导体探测器单元5之间，转化层8中的氢原子核与入射的中子发生核反应产生反冲质子，所述反冲质子进入所述第五半导体探测器单元5和所述第六半导体探测器单元6，用于产生所述沉积能谱。

需要说明的是，七个半导体探测器单元中的每个半导体探测器独立工作，均可单独记录沉积能谱。每个半导体探测器单元中，半导体探测器的数量不限于三个，可以是一个、两个或三个以上，具体根据实际需求而定。

具体地，在一具体实施方式中，继续参见图1，第一半导体探测器单元1、第四半导体探测器单元4、第七半导体探测器单元7组成第一组探测器，第二半导体探测器单元2、第六半导体探测器单元6组成第二组探测器，第三半导体探测器单元3、第五半导体探测器单元5组成第三组探测器，第一组探测器中各半导体探测器单元的面积大于第二组探测器中各半导体探测器单元的面积。第一组探测器中各半导体探测器的面积大于其他组中各探测器的面积，可以增大通过反符合方法去除带电粒子信号的立体角范围。

具体地，继续参见图1，在一具体实施方式中，第一硅探测器单元1、第四硅探测器单元4和第七硅探测器单元7的面积和厚度相同，但不限于相同，只要保证第一组探测器中各半导体探测器的面积大于其他组中各探测器的面积即可。此外，根据探测结构空间大小和半导体探测器加工水平，可以适当选择所述第一半导体探测器单元1、所述第四半导体探测器单元4和所述第七半导体探测器单元7的面积和厚度。

具体地，继续参见图1，第二组探测器中，第二半导体探测器单元2和第六半导体探测器单元6的面积和厚度均相同。需要说明的是，根据探测结构空间大小、半导体探测器加工水平以及待探测中子的能量范围，可以适当选择第二半导体探测器单元2和第六半导体探测器单元6的面积和厚度，即第二半导体探测器单元2和第六半导体探测器单元6的面积和厚度可以根据实际需求选择。

具体地，继续参见图1，第三组探测器中，第三半导体探测器单元3和第五半导体探测器单元5的面积和厚度均相同。需要说明的是，根据探测结构空间大小、半导体探测器加工水平以及待探测中子的能量范围，可以适当选择第三半导体探测器单元3和第五半导体探测器单元5的面积，即第三半导体探测器单元3和第五半导体探测器单元5的面积可以根据实际需求选择。根据探测结构空间大小、半导体探测器加工水平、待探测中子的能量范围以及中子能谱反演精度要求，可以适当选择第三半导体探测器单元3和第五半导体探测器单元5的厚度，即第三半导体探测器单元3和第五半导体探测器单元5的厚度可以根据实际需求选择。

具体地，继续参见图1，所述转化层8的面积大于第二组探测器的面积。需要说明的是，根据待探测中子的能量和探测效率要求，可以适当选择转化层的厚度，即转化层的厚度可以根据实际需求选择。转化层的面积大于第二组探测器的面积，是为了尽可能扩大能够打到第五半导体探测器单元5上的反冲质子的入射立体角范围。

具体地，继续参见图1，在一具体实施方式中，所述七个半导体探测器单元与所述转化层同轴平行设置。需要说明的是，七个半导体探测器单元与转化层的设置方式可根据实际探测结构空间大小设置，不论其设置方式如何，其排列顺序是固定不变的。

为了增大探测结构的反符合立体角范围到99%，在一具体实施方式中，参见图2，在第二半导体探测器单元2、第三半导体探测器单元3、第五半导体探测器单元5和第六半导体探测器单元6周围均设设置一个环形探测器单元，每个环形探测器单元包含一个或一个以上半导体探测器，第二半导体探测器单元2周围的环形探测器单元2H内边缘紧挨第二半导体探测器单元2边缘，第三半导体探测器单元3周围的环形探测器单元3H内边缘紧挨第三半导体探测器单元3边缘，第五半导体探测器单元5周围的环形探测器单元5H内边缘紧挨第五半导体探测器单元5边缘，第六半导体探测器单元6周围的环形探测器单元6H内边缘紧挨第六半导体探测器单元6边缘。

此外，需要说明的是，在反符合条件下，除了中子与转化层中氢原子核发生弹性散射产生的反冲质子信号外，第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元接收到的粒子信号与第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元接收到的粒子信号是完全一致的。

本发明上述快中子探测结构，通过其特殊的结构设计，有效去除干扰信号（带电粒子和其他中性粒子）的影响，能够更加准确的获取反冲质子能谱，提高中子能谱反演的精确度。

本发明实施例还提供了一种获取中子能谱的方法，采用上述紧凑型反符合快中子探测结构，参见图1，含有以下步骤：

S1、将快中子探测结构置于各向同性的辐射环境（例如中子各向同性、质子各向同性）中，通过第一半导体探测器单元1、第四半导体探测器单元4、第七半导体探测器单元7利用反符合方法去除95%立体角范围内入射的带电粒子信号。

具体地，继续参见图1，上述反符合方法是指在处理所述第二半导体探测器单元2和所述第三半导体探测器单元3的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元1或所述第四半导体探测器单元4有信号，则去除这一时刻所述第二半导体探测器单元2和所述第三半导体探测器单元3中的数据；在处理所述第五半导体探测器单元5和所述第六半导体探测器单元6的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元4或所述第七半导体探测器单元7有信号，则去除这一时刻所述第五半导体探测器单元5和所述第六半导体探测器单元6中的数据。

S2、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元2和第三半导体探测器单元3都有信号时，得到第二半导体探测器单元2和第三半导体探测器单元3的中性粒子本底能谱，作为第一能谱；

S3、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元2没有信号，而第三半导体探测器单元3有信号的时候，得到第三半导体探测器单元3的中性粒子本底能谱，作为第二能谱；

S4、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元5和第六半导体探测器单元6都有信号的时候，得到两片半导体探测器单元的总沉积能谱，作为第三能谱，所述第三能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S5、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元5有信号，而第六半导体探测器单元6没有信号的时候，得到第五半导体探测器单元5的沉积能谱，作为第四能谱，所述第四能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S6、将步骤S4中得到的第三能谱减去步骤S2中得到的第一能谱，得到第一反冲质子能谱，即高能质子能谱；

S7、将步骤S5中得到的第四能谱减去步骤S3中得到的第二能谱，得到第二反冲质子能谱，即低能质子能谱；

S8、将第一反冲质子能谱和第二反冲质子能谱，分别反演得到第一中子能谱和第二中子能谱，将两个中子能谱叠加得到总入射中子能谱，该总入射中子能谱即为所需获取的中子能谱。

在另一具体实施方式中，继续参见图2，步骤S1中，反符合方法是指在处理所述第二半导体探测器单元2的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元1或所述第四半导体探测器单元4或第二半导体探测器单元2周围的环形探测器单元2H有信号，则去除这一时刻所述第二半导体探测器单元2中的数据；在处理所述第三半导体探测器单元3的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元1或所述第四半导体探测器单元4或第三半导体探测器单元3周围的环形探测器单元3H有信号，则去除这一时刻所述第三半导体探测器单元3中的数据；在处理所述第五半导体探测器单元5的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元4或所述第七半导体探测器单元7或第五半导体探测器单元5周围的环形探测器单元5H有信号，则去除这一时刻所述第五半导体探测器单元5中的数据；在处理所述第六半导体探测器单元6的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元4或所述第七半导体探测器单元7或第六半导体探测器单元6H周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第六半导体探测器单元6中的数据。采用该反符合方法，能够将探测结构的反符合立体角范围增大到99%。

本发明上述方法，可以有效去除本底信号的影响，准确提取中子产生的反冲质子能谱，提高中子能谱反演的精确度。

由于实际实验中较难获取各向同性、特定能量分布的中子和带电粒子，以下通过Geant4仿真软件模拟各向同性、特定能量分布的中子和带电粒子，然后采用本发明上述快中子探测结构及获取中子能谱的方法探测中子，以验证其有效性。

在本实施例中，第一半导体探测器单元1、第四半导体探测器单元4、第七半导体探测器单元7均采用一片厚度为300μm、直径为35mm的圆形硅探测器，第二半导体探测器单元2、第六半导体探测器单元6均采用一片厚度为1mm、直径为28mm的圆形硅探测器，第三半导体探测器单元3、第五半导体探测器单元5均采用一片厚度为100μm、直径为28mm的硅探测器，此外，在第二半导体探测器单元2、第三半导体探测器单元3、第五半导体探测器单元5和第六半导体探测器单元6周围均设设置一个环形探测器单元，第二半导体探测器单元2周围的环形探测器单元2H采用一片厚度1mm、内径29mm、外径35mm的环形硅探测器，第三半导体探测器单元3周围的环形探测器单元3H采用一片厚度100μm、内径29mm、外径35mm的环形硅探测器，第五半导体探测器单元5周围的环形探测器单元5H采用一片厚度100μm、内径29mm、外径35mm的环形硅探测器，第六半导体探测器单元6周围的环形探测器单元6H采用一片厚度1mm、内径29mm、外径35mm的环形硅探测器，转化层采用厚度为100μm、直径为35mm的高密聚乙烯片。

在去掉转化层的情况下，109个能量在0.1MeV到100 MeV、能量分布按照参考文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道中子能谱（参见图3）分布的中子各向同性入射，得到第三能谱和第一能谱的对比结果（参见图4），以及第四能谱和第二能谱的对比结果（参见图5），在误差允许的情况下，第三能谱和第一能谱是基本一致的，第四能谱和第二能谱是基本一致的。

109个能量在1 MeV到5×104 MeV、能量分布按照文献（O'Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型中质子能谱（参见图6）分布的质子各向同性入射，得到第三能谱和第一能谱的对比结果（参见图7），以及第四能谱和第二能谱的对比结果（参见图8），在误差允许的情况下，第三能谱和第一能谱是基本一致的，第四能谱和第二能谱是基本一致的。

109个能量在0.1MeV到100 MeV、能量分布按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道能谱分布（参见图3）中的中子各向同性入射，得到第三能谱和第一能谱的对比结果（参见图9），由图8可以看到两者有很明显的区别，而从第四能谱和第二能谱的对比结果（参见图10）中也可以看到两者同样有很明显的区别。将第三能谱减去第一能谱，得到第一反冲质子能谱（即高能质子），将第四能谱减去第二能谱，得到第二反冲质子能谱（即低能质子），参见图11。

模拟探测器在近地轨道空间中的辐射环境，按照宇宙射线中质子和地球轨道中子通量比各向同性入射2×109个1 MeV-5×104 MeV的质子和109个0.1MeV到100 MeV 的中子，其中，质子的能谱按照文献（O'Neill et al., 2015）中宇宙射线能谱模型的质子能谱（参见图6）分布，中子的能谱按照文献（Koshiishi et al., 2007）中地球轨道的中子能谱（参见图3）分布，得到第三能谱和第一能谱的对比结果（参见图12），由图12可以看到两者有很明显的区别；而从第四能谱和第二能谱的对比结果（参见图13）中也可以看到两者同样有很明显的区别；将第三能谱减去第一能谱，得到第一反冲质子能谱（即高能质子），将第四能谱减去第二能谱，得到第二反冲质子能谱（即低能质子），参见图14。

将第一质子能谱和第二质子能谱分别反演得到第一中子能谱和第二中子能谱，将两个中子能谱叠加得到总入射中子能谱，该总入射中子能谱即为所需获取的中子能谱。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，包括：

七个半导体探测器单元，按顺序排列依次为第一半导体探测器单元、第二半导体探测器单元、第三半导体探测器单元、第四半导体探测器单元、第五半导体探测器单元、第六半导体探测器单元、第七半导体探测器单元，每个半导体探测器单元包含至少一个半导体探测器；所述第一半导体探测器单元、第四半导体探测器单元及第七半导体探测器单元组成反符合探测器组，用于去除其所覆盖立体角范围内入射的带电粒子信号；所述第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元组成中性粒子本底探测器组，用于测量中性粒子在半导体探测器中产生的中性粒子本底能谱，所述中性粒子包括中子和伽马射线；所述第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元组成反冲质子探测器组，用于测量反冲质子在半导体探测器中所产生的沉积能谱；

采用含氢材料制作而成的转化层，设于所述第四半导体探测器单元与所述第五半导体探测器单元之间，所述转化层中的氢原子核与入射的快中子发生碰撞产生所述反冲质子，所述反冲质子进入所述第五半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元，用于产生沉积能谱。

2.如权利要求1所述的紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，所述第一半导体探测器单元、所述第四半导体探测器单元、所述第七半导体探测器单元组成第一组探测器，所述第二半导体探测器单元、所述第六半导体探测器单元组成第二组探测器，所述第三半导体探测器单元、所述第五半导体探测器单元组成第三组探测器，所述第一组探测器单元中各半导体探测器单元的面积大于第二组探测器中各半导体探测器单元的面积。

3.如权利要求2所述的紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，所述第二组探测器中，所述第二半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元的面积和厚度均相同。

4.如权利要求2所述的紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，所述第三组探测器中，所述第三半导体探测器单元和所述第五半导体探测器单元的面积和厚度均相同。

5.如权利要求1所述的紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，在第二半导体探测器单元、第三半导体探测器单元、第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元周围均设设置一个环形探测器单元，每个环形探测器单元包含至少一个半导体探测器，第二半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第二半导体探测器单元边缘，第三半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第三半导体探测器单元边缘，第五半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第五半导体探测器单元边缘，第六半导体探测器单元周围的环形探测器单元内边缘紧挨第六半导体探测器单元边缘。

6.如权利要求1至5任意一项所述的紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，所述七个半导体探测器单元与所述转化层同轴平行。

7.一种获取中子能谱的方法，采用如权利要求1至4任意一项所述紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，含有以下步骤：

S1、将快中子探测结构置于各向同性的辐射环境中，通过第一半导体探测器单元、第四半导体探测器单元、第七半导体探测器单元利用反符合方法去除其所覆盖立体角范围内入射的带电粒子信号；

S2、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元都有信号时，得到第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元的中性粒子本底能谱，作为第一能谱；

S3、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元没有信号，而第三半导体探测器单元有信号的时候，得到第三半导体探测器单元的中性粒子本底能谱，作为第二能谱；

S4、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元都有信号的时候，得到两片半导体探测器单元的总的沉积能谱，作为第三能谱，所述第三能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S5、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元有信号，而第六半导体探测器单元没有信号的时候，得到第五半导体探测器单元的沉积能谱，作为第四能谱，所述第四能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S6、将步骤S4中得到的第三能谱减去步骤S2中得到的第一能谱，得到第一反冲质子能谱，即高能质子能谱；

S7、将步骤S5中得到的第四能谱减去步骤S3中得到的第二能谱，得到第二反冲质子能谱，即低能质子能谱；

S8、将第一反冲质子能谱和第二反冲质子能谱，分别反演得到第一中子能谱和第二中子能谱，将两个中子能谱叠加得到总入射中子能谱，该总入射中子能谱即为所需获取的中子能谱。

8.如权利要求7所述的获取中子能谱的方法，其特征在于，步骤S1中，反符合方法是指在处理所述第二半导体探测器单元和所述第三半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元或所述第四半导体探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第二半导体探测器单元和所述第三半导体探测器单元中的数据；在处理所述第五半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元或所述第七半导体探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第五半导体探测器单元和所述第六半导体探测器单元中的数据。

9.一种获取中子能谱的方法，采用如权利要求5所述紧凑型反符合快中子探测结构，其特征在于，含有以下步骤：

S1、将快中子探测结构置于各向同性的辐射环境中，通过第一半导体探测器单元、第四半导体探测器单元、第七半导体探测器单元及环形探测器单元，利用反符合方法去除其所覆盖立体角范围内入射的带电粒子信号；

S2、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元都有信号时，得到第二半导体探测器单元和第三半导体探测器单元的中性粒子本底能谱，作为第一能谱；

S3、在S1中对数据进行反符合处理后，当第二半导体探测器单元没有信号，而第三半导体探测器单元有信号的时候，得到第三半导体探测器单元的中性粒子本底能谱，作为第二能谱；

S4、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元和第六半导体探测器单元都有信号的时候，得到两片半导体探测器单元的总的沉积能谱，作为第三能谱，所述第三能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S5、在S1中对数据进行反符合处理后，当第五半导体探测器单元有信号，而第六半导体探测器单元没有信号的时候，得到第五半导体探测器单元的沉积能谱，作为第四能谱，所述第四能谱包括反冲质子能谱和中性粒子本底能谱；

S6、将步骤S4中得到的第三能谱减去步骤S2中得到的第一能谱，得到第一反冲质子能谱，即高能质子能谱；

S7、将步骤S5中得到的第四能谱减去步骤S3中得到的第二能谱，得到第二反冲质子能谱，即低能质子能谱；

S8、将第一反冲质子能谱和第二反冲质子能谱，分别反演得到第一中子能谱和第二中子能谱，将两个中子能谱叠加得到总入射中子能谱，该总入射中子能谱即为所需获取的中子能谱。

10.如权利要求9所述的获取中子能谱的方法，其特征在于，步骤S1中，反符合方法是指在处理所述第二半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元或所述第四半导体探测器单元或第二半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第二半导体探测器单元中的数据；在处理所述第三半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第一半导体探测器单元或所述第四半导体探测器单元或第三半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第三半导体探测器单元中的数据；在处理所述第五半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元或所述第七半导体探测器单元或第五半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第五半导体探测器单元中的数据；在处理所述第六半导体探测器单元的数据过程中，若同一时刻，所述第四半导体探测器单元或所述第七半导体探测器单元或第六半导体探测器单元周围的环形探测器单元有信号，则去除这一时刻所述第六半导体探测器单元中的数据。

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