CN115508882A - 面排列式阵列中子探测定位装置、定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了面排列式阵列中子探测定位装置，包括：探测器底座，具有连续的面；多个中子源探测器，按设定规则布设在探测器底座的面上形成探测器阵列，用于探测中子源；其中，中子源探测器设置与探测器底座可活动连接，中子源探测器配置为以可活动连接位置为中心在设定范围内转动；装置支架，用于设置探测器底座；多个定向中子探测器在三维空间中排列为面阵列形成的面排列式中子源探测定位装置，提高了对中子源的定位准确率，探测效率高，在军事、海关、边防等探测未知中子源、特殊核素等中子探测技术领域有良好应用前景。

Description

面排列式阵列中子探测定位装置、定位方法

技术领域

本发明属于中子探测技术领域，具体涉及面排列式阵列中子探测定位装置、定位方法。

背景技术

中子探测器是指能探测中子的探测器，通常用于国土安全、反恐、中子放射源测量等。由于中子本身不带电，不能产生电离或激发，所以不能用普通探测器直接探测中子。通常的中子探测器利用中子与掺入探测器中的某些原子核作用产生次级粒子，然后对次级粒子进行测量，从而实现对中子的测量。

传统的中子探测器是基于³He气体探测器，但是只能检测一定范围内是否存在中子放射源，而无法定向确定中子放射源的位置，而且³He探测器作为中子探测领域的主要设备，价格昂贵，体积庞大，通常适用于固定位置的中子源检测，不利于携带。

对于多种不同条件下的中子源探测情况，对中子源的探测精度不高，导致探测结果不准确，不能对中子源进行准确定位。

发明内容

有鉴于此，一方面，一些实施例公开了面排列式阵列中子探测定位装置，包括：

探测器底座，具有连续的面；

多个中子源探测器，按设定规则布设在探测器底座的面上形成探测器阵列，用于探测中子源；

其中，中子源探测器设置与探测器底座可活动连接，中子源探测器配置为以可活动连接位置为中心在设定范围内活动；

装置支架，用于设置探测器底座。

一些实施例公开的面排列式中子源探测定位装置，探测器底座具有连续的平面。

一些实施例公开的面排列式中子源探测定位装置，探测器底座具有连续的曲面。

一些实施例公开的面排列式中子源探测定位装置，中子源探测器为定向中子探测器，定向中子探测器包括：

具有至少一个开口端的腔体，形成腔体的壁上设置有中子屏蔽层，中子屏蔽层用于防止慢中子通过腔体的壁进入腔体的内部；

慢中子转换部件，设置在腔体的内部，用于接收从开口端进入腔体中的慢中子，产生He离子；

半导体探测部件，设置在腔体的内部，与慢中子转换部件适配设置，用于接收慢中子转换部件产生的He离子，并激发半导体内产生电子空穴对，产生电信号；

信号处理电路，设置与半导体探测部件连接，用于接收并处理半导体探测部件产生的电信号。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位装置，中子屏蔽层设置在腔体的壁的外部。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位装置，半导体探测部件为PN结半导体部件或肖特基结半导体部件。

一些实施例公开的面排列式中子源探测定位装置，慢中子转换部件为慢中子转换层，包覆在半导体探测部件上，或设置在半导体探测部件内部。

另一方面，一些实施例公开了面排列式阵列中子探测定位方法，包括：

在三维空间中布设多个中子源探测器，在连续的面内形成探测器阵列；

选定任意三个中子源探测器；

确定选定的三个中子源探测器在三维坐标系中的位置坐标；

确定三个选定的中子源探测器探测中子源的方向，以确定中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角；

根据三个中子源探测器的位置坐标和中子源探测器方向矢量与三个坐标轴之间的夹角，确定中子源的位置坐标。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位方法，包括：

在探测器阵列中，选取三个中子源探测器，分别为第一中子源探测器、第二中子源探测器和第三中子源探测器；

第一中子源探测器的位置坐标为(x₁,y₁,z₁)，第二中子源探测器的位置坐标为(x₂,y₂,z₂)；第三中子源探测器的位置坐标为(x₃,y₃,z₃)；

第一中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₁,β₁,θ₁；第二中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₂,β₂,θ₂；第三中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₃,β₃,θ₃；

其中，第一中子源探测器、第二中子源探测器与中子源三者在三维空间形成第一三角形，所述第一三角形所在平面为：

A₁x+B₁y+C₁z＝1

其中：

根据所述第一三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₁+t₁×cosα₁,y₁+t₁×cosβ₁,z₁+t₁×cosθ₁)

其中：

t₁＝(y₁cosα₂-y₂cosα₂-x₁cosβ₂+x₂cosβ₂)/(cosβ₂cosα₁-cosα₂cosβ₁)；

或，

第一中子源探测器、第三中子源探测器、中子源形成第二三角形，所述第二三角形所在平面为：

A₂x+B₂y+C₂z＝1

其中：

根据第二三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₁+t₂×cosα₁,y₁+t₂×cosβ₁,z₁+t₂×cosθ₁)

其中：

t₂＝(y₁cosα₃-y₃cosα₃-x₁cosβ₃+x₃cosβ₃)/(cosβ₃cosα₁-cosα₃cosβ₁)；

或，

第二中子源探测器、第三中子源探测器、中子源形成第三三角形，所述第三三角形所在平面为：

A₃x+B₃y+C₃z＝1

其中：

根据所述第三三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₂+t₃×cosα₂,y₂+t₃×cosβ₂,z₂+t₃×cosθ₂)

其中：

t₃＝(y₂cosα₃-y₃cosα₃-x₂cosβ₃+x₃cosβ₃)/(cosβ₃cosα₂-cosα₃cosβ₂)。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位方法，中子源探测器为定向中子探测器，定向中子探测器定向探测中子源的方法包括：

(1)用慢中子转换部件接收来自设定方向的慢中子，并产生He离子；

(2)用半导体探测部件接收产生的He离子，激发半导体内产生电子空穴对，形成与所述He离子对应的电信号；

(3)接收并处理产生的电信号，根据该电信号确定慢中子源。

本发明实施例公开的面排列式中子源探测定位装置，包括形成面排列式排列的多个中子源探测器，能够在三维空间的范围内从多角度对中子源进行定位；每一个中子源探测器能够在一定范围内自由移动，便于调整其对中子源的探测方向，面排列式中子源探测器能够在空间转动，整体调整对中子源的探测方向；定向中子探测器能够有选择性的接收从选定方向辐射的中子源，将中子源的慢中子转化为He离子，进而He离子激发半导体产生电子空穴对，形成电信号，通过对电信号的处理，可以确定中子源；多个定向中子探测器在三维空间中排列为面阵列形成的面排列式中子源探测定位装置，提高了对中子源的定位准确率，探测效率高，功能多，在军事、海关、边防等探测未知中子源、特殊核素等中子探测技术领域有良好应用前景。

附图说明

图1实施例1面排列式阵列中子探测装置结构示意图一；

图2实施例1面排列式阵列中子探测装置结构示意图二；

图3实施例2面排列式阵列中子探测装置结构示意图；

图4实施例3面排列式阵列中子探测定位示意图一；

图5实施例3面排列式阵列中子探测定位示意图二；

图6实施例3面排列式阵列中子探测定位示意图三；

图7实施例4定向中子探测器结构示意图；

图8实施例5定向中子探测器结构示意图；

图9实施例6定向中子探测器结构示意图。

附图标记

1 侧壁 2 开口端

3 中子屏蔽层 4 中子转换部件

5 半导体探测部件 6 信号处理电路

7 信号线 8 探测范围

10 探测器底座 11 中子源探测器

12 装置支架 13 装置底座

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本发明实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明实施例中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明实施例公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明实施例所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明实施例中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本文中，包括权利要求书中，连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由……构成”和“由……组成”是封闭连接词。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本发明的主旨。

在不冲突的前提下，本发明实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本发明实施例公开的内容。

一些实施例公开了面排列式阵列中子探测定位装置，包括：

探测器底座，具有连续的面；一般地，探测器底座用于设置安装中子源探测器，探测器底座具有连续的面可以在该连续的面上设置多个中子源探测器，以便根据需要将多个中子源探测器排列成需要的阵列模式；连续的面可以是连续的平面，则中子源探测器阵列在平面内形成面阵列；连续的面可以是连续的曲面，则中子源探测器阵列在曲面内形成面阵列；探测器底座具有的连续的面，可以是一个面，也可以是多个连续的面相互组合，形成更大的面；多个连续的面相互组合，可以形成不同形状、面积的面，以便合理组合中子源探测器阵列的排列模式；一般地，连续的面可以是完全连续的面，也可以是多个连续的面组成的面，中子源探测器在连续的面上设置以后，位于相同的面内，形成面排列式中子源探测器阵列；

多个中子源探测器，按设定规则布设在探测器底座的面上形成探测器阵列，用于探测中子源；一般地，中子源探测器的设定规则，包括中子源探测器的布设位置、布设位置之间的距离、中子源探测器与探测器底座之间的安装方式、中子源探测器在安装位置处的转动或移动方式、中子源探测器的移动范围、中子源探测器的数量等；按照设定规则设置多个中子源探测器，可以从多个位置对中子源进行探测，有效提高探测定位的准确率和探测效率；一般地，中子源探测器的设置方向与其安装位置所在平面垂直，或者与其安装位置所在曲面的切面垂直；

其中，中子源探测器设置与探测器底座可活动连接，中子源探测器配置为以可活动连接位置为中心在设定范围内活动；一般地，中子源探测器在探测器底座上布设后形成阵列，为了确保所有的中子源探测器都能够在合理的范围内活动，提高其探测效率和准确率，一般中子源探测器都以自身安装位置为中心点，在其周围活动，活动方式包括转动、移动、或摆动，同时中子源探测器互相之间不影响，不妨碍各自的行动；

装置支架，用于设置探测器底座。一般地，探测器底座安装在装置支架上，二者相互配合，以设定中子源探测器阵列，并调整其探测方向；探测器底座可以可活动地安装在装置支架上，在驱动装置的驱动下载装置支架上安装设定的模式移动，或转动，调整探测器底座的安装方向；探测器底座也可以固定安装在装置支架上，装置支架设置为可转动支架，其自身能够在水平方向或垂直方向发生运动，进一步带动探测器底座移动。

一些实施例公开的基于面排列式阵列中子探测定位装置，中子源探测器为定向中子探测器，定向中子探测器包括：

具有至少一个开口端的腔体，形成腔体的壁上设置有中子屏蔽层，中子屏蔽层用于防止慢中子通过腔体的壁进入腔体的内部；一般地，腔体具有一定形状的内部空腔，形成该空腔的壁有一个开口端，其余端面或侧面为封闭式结构，以便于慢中子从开口端进入内部空腔中，实现慢中子的定向探测；通常，腔体的壁上设置的中子屏蔽层能够有效捕获慢中子以及中子产生的次级带电粒子，能够防止慢中子穿透腔体的壁而进入腔体内部，影响定向检测的准确性；

慢中子转换部件，设置在腔体的内部，用于接收从开口端进入腔体中的慢中子，产生He离子；通常的，慢中子转换部件能够将从开口端入射的慢中子吸收并产生He离子，例如慢中子转换部件通常包含有对慢中子具有高吸收率的核素材料，吸收慢中子并转换为He离子；对慢中子有高吸收效率的核素包括⁶Li、¹⁰B、Gd等；

半导体探测部件，设置在腔体的内部，与慢中子转换部件适配设置，用于接收慢中子转换部件产生的He离子，并激发半导体内产生电子空穴对，产生电信号；

信号处理电路，设置与半导体探测部件连接，用于接收并处理半导体探测部件产生的电信号。一般地，信号处理电路与半导体探测部件电连接，以便收集并放大来自半导体探测部件产生的电脉冲信号。

由于快中子与慢中子转换部件和半导体探测部件的反应截面小，几乎不贡献信号，因此，定向中子探测器主要针对慢中子进行转换处理。

一些实施例中，具有至少一个开口端的腔体为圆筒形结构件，其一个端面为开口端，侧壁和另一个端面为封闭结构；封闭结构的侧壁和端面外壁设置有中子屏蔽层。

一些实施例中，具有至少一个开口端的腔体为方形结构件，例如，长方体形、正方体形结构件，其中，一个侧面为开口端，其余五个侧面为封闭面，封闭面的外壁都设置有中子屏蔽层。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位装置，中子屏蔽层设置在腔体的壁的外部。一般地，壁的外部设置的中子屏蔽层能够将中子探测器的腔体外部的慢中子辐射消除，防止干扰内部的慢中子和其次级带粒子，影响对中子源的探测结果的可靠性。若中子屏蔽层设置在腔体内部，可能会影响探测结果的可靠性。

一些实施例中，中子屏蔽层为慢中子敏感材料制备而成，作为可选实施例，慢中子敏感材料为主要成分为包含⁶Li、¹⁰B、Gd或苯并噁嗪的单质或化合物，这类材料对慢中子的散射截面积比较大。一般地，慢中子敏感材料制备成的中子屏蔽层具有足够的厚度，以便能够完全捕获慢中子，并能够防止慢中子及其次级带粒子穿透中子屏蔽层。

作为可选实施例，中子屏蔽层的厚度在10μm以上。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位装置，半导体探测部件为PN结半导体部件或肖特基结半导体部件。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位装置，慢中子转换部件为慢中子转换层，包覆在半导体探测部件上，或设置在半导体探测部件内部。

通常慢中子转换部件设置在腔体中，与半导体探测部件适配设置，以便慢中子转换部件产生的He离子能够有效激发半导体探测部件中的半导体产生电子空穴对，产生相应的电信号。对于设置在腔体中的慢中子转换部件而言，其形态可以为具有一定厚度的慢中子转换层，贴合在半导体探测部件上，将半导体探测部件紧密包覆。

作为可选实施例，慢中子转换层由慢中子敏感材料制备而成，例如慢中子敏感材料为主要成分为包含⁶Li、¹⁰B、Gd或苯并噁嗪的单质或化合物等。

作为可选实施例，慢中子转换层的厚度设定为1～2μm。

一些实施例中，腔体内部设置有照明灯，用于辅助确定定向中子探测器的探测范围。一般地，照明灯设置在慢中子转换部件的前端，其照明范围与角度与入射到慢中子转换体的中子源一致，便于观察探测范围，可以用于辅助确定定向中子探测器的探测范围内的中子源的位置。

面排列式阵列中子探测器中，中子源探测器中设置照明部件，在中子源探测过程中，照明部件的照明方向指向中子源探测器探测到中子源的方向，多个中子源探测器的照明方向通常会汇聚到共同的部位，通常该共同的部位即为中子源所在位置，利用照明部件的光照位置，便于观察确定中子源位置。

一些实施例公开的面排列式阵列中子探测定位方法，该定位方法包括：

在三维空间中布设多个中子源探测器，在连续的面内形成探测器阵列；为了在三维空间更准确、更高效的探测中子源的位置，一般设置多个中子源探测器，从多个角度对中子源进行探测，然后根据多个探测结果，进一步更为准确的确定中子源的位置；一般地，需要设置至少三个中子源探测器，从至少三个位置和三个角度对中子源进行探测；

确定中子源探测器在三维坐标系中的位置坐标；一般地，根据探测需要可以设定三维坐标系的原点，进一步确定三维直角坐标系，将中子源探测器布设在三维直角坐标系中，确定中子源探测器的三维坐标；

选定三个中子源探测器，确定三个中子源探测器探测中子源的方向，以确定中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角；一般地，中子源探测器探测中子源的过程中，只有在一定的方向和距离范围内可以探测到中子源的中子辐射信号，所以通常以中子源探测器能够探测到中子源的中子辐射信号的位置和方向，确定中子源探测器与中子源之间的方向；以中子源探测器为起点，以中子源为终点，相连形成的矢量作为中子源探测方向矢量，则可以确定该中子源探测方向矢量与三个坐标轴之间的夹角；

根据三个中子源探测器的位置坐标和中子源探测器方向矢量与三个坐标轴之间的夹角，确定中子源的位置坐标。

一些实施例中，基于面排列式阵列中子探测定位方法包括：

在探测器阵列中，选取三个中子源探测器，分别为第一中子源探测器、第二中子源探测器和第三中子源探测器；一般地，中子源探测器的选择可以根据测量位置和探测信号进行，以便在探测器阵列中选取处于合适位置和角度的中子源探测器，得到有效的探测信息；

确定三个中子源探测器在三维坐标系中的位置坐标；

选定三个中子源探测器，确定三个中子源探测器探测中子源的方向，以确定中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角；

根据三个中子源探测器的位置坐标和中子源探测器方向矢量与三个坐标轴之间的夹角，三个中子源探测器的方向矢量汇聚于一点，该点位置坐标即为中子源的位置坐标；

三维直角坐标系中，第一中子源探测器的位置坐标为(x₁,y₁,z₁)，第二中子源探测器的位置坐标为(x₂,y₂,z₂)；第三中子源探测器的位置坐标为(x₃,y₃,z₃)；

第一中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₁,β₁,θ₁；第二中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₂,β₂,θ₂；第三中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₃,β₃,θ₃。

作为可选实施例，选择第一中子源探测器，第二中子源探测器与中子源三者在三维空间形成第一三角形，第一三角形所在平面为：

A₁x+B₁y+C₁z＝1

其中：

根据第一三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₁+t₁×cosα₁,y₁+t₁×cosβ₁,z₁+t₁×cosθ₁)

其中：

t₁＝(y₁cosα₂-y₂cosα₂-x₁cosβ₂+x₂cosβ₂)/(cosβ₂cosα₁-cosα₂cosβ₁)；

例如，若第一中子源探测器的坐标为(20，0，0)，第二中子源探测器的坐标为(0，30，0)，第一中子探测器与三个坐标轴之间的夹角以余弦值分别表示为：

cosα₁＝0.71385

cosβ₁＝0.54751

cosθ₁＝0.43663

第二中子源探测器与三个坐标轴之间的夹角分别以余弦值表示为：

cosα₂＝0.83887

cosθ₂＝0.33419

cosβ₂＝0.42967

则，得到

t₁＝(y₁cosα₂-y₂cosα₂-x₁cosθ₂+x₂cosθ₂)/(cosθ₂cosα₁-cosα₂cosβ₁)＝144.2948

中子源的三维直角坐标确定为：

(x₁+t₁×cosα₁,y₁+t₁×cosβ₁,z₁+t₁×cosθ₁)＝(123.0049,79.0014,63.0034)。

作为可选实施例，选择第一中子源探测器、第三中子源探测器、中子源形成第二三角形，第二三角形所在平面为：

A₂x+B₂y+C₂z＝1

其中：

根据第二三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₁+t₂×cosα₁,y₁+t₂×cosβ₁,z₁+t₂×cosθ₁)

其中：

t₂＝(y₁cosα₃-y₃cosα₃-x₁cosβ₃+x₃cosβ₃)/(cosβ₃cosα₁-cosα₃cosθ₁)；

作为可选实施例，选择第二中子源探测器、第三中子源探测器、中子源形成第三三角形，第三三角形所在平面为：

A₃x+B₃y+C₃z＝1

其中：

根据第三三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₂+t₃×cosα₂,y₂+t₃×cosθ₂,z₂+t₃×cosθ₂)

其中：

t₃＝(y₂cosα₃-y₃cosα₃-x₂cosβ₃+x₃cosβ₃)/(cosβ₃cosα₂-cosα₃cosβ₂)。

作为可选实施例，对于分别以第一三角形、第二三角形和第三三角形为基础求得的中子源位置坐标求平均值，以得到的平均值作为最终确定的中子源的位置坐标。

一些实施例公开的基于面排列式阵列中子探测定位方法，中子源探测器为定向中子探测器，定向中子探测器定向探测中子的方法包括：

(1)用慢中子转换部件接收来自设定方向的慢中子，并产生He离子；

(2)用半导体探测部件接收产生的He离子，激发半导体内产生电子空穴对，形成与所述He离子对应的电信号；

(3)接收并处理产生的电信号，根据该电信号确定慢中子源。

以下结合实施例对技术细节做进一步示例性说明。

实施例1

图1为实施例1公开的面排列式阵列中子探测装置结构示意图一，图2为面排列式阵列中子探测装置结构示意图二；

实施例1中，如图1所示，面排列式阵列中子探测装置包括探测器底座10，探测器底座10为平面版型底座，具有连续的平面，多个中子探测器11布设在连续的平面上形成面排列式排布；探测器底座10安装在装置支架12上，装置支架12为可转动支架，固定安装在装置底座13上；

其中，中子源探测器11在探测器底座10的平面型表面上，等间距设置，相邻的中子源探测器11之间距离相同；如图2所示，在水平方向，多个中子源探测器11等间隔设置，间隔距离为d₁，在垂直方向，多个中子源探测器11等间隔设置，间隔距离为d₂；多排水平设置的中子源探测器11和多排垂直设置的中子源探测器11形成面排列式中子源探测器阵列。

面排列式中子源探测器阵列中，每一个中子源探测器可以在其周围区域内移动，例如以其安装位置为中心点，在探测器底座平面内多个方向摆动或转动，可以调整每一个中子源探测器的探测方向。如图2中虚线框所示意中子源探测器的移动范围，虚线框中的中子源探测器的移动范围即为虚线框以内的区域。

若中子源探测器之间的间隔距离相等，d₁＝d₂＝d，中子源探测器以其安装位置为中心转动时，在最大旋转范围内形成的椎体包络面的截面三角形顶角度数为θ，中子源探测器的长度为l，则，二者需符合下述条件：

既可以防止相邻的中子源探测器相互干扰，还能在探测器底座上设置足够多的中子源探测器，即优化中子源探测器面阵列中的中子源探测器的数量。

实施例2

图3为实施例2公开的面排列式阵列中子探测装置结构示意图；

实施例2中，探测器底座10具有连续的曲面，中子源探测器11在探测器底座10的曲面型表面上，在如图3中横向虚线所示意的方向，多个中子源探测器11等间隔设置，在竖向虚线所示意的方向，多个中子源探测器11等间隔设置2；多排横向设置的中子源探测器11和多排竖向设置的中子源探测器11形成面排列式中子源探测器。图3中，中子源探测器设置在横向虚线与竖向虚线的交叉点处，为了表示清楚，只在其中一个交点处标示了中子源探测器。

设置在曲面上的中子探测器形成的面阵列中，相比于平面上的中子探测器面阵列，相邻中子源探测器的探测方向之间夹角更大，有利于提高检测精度。

实施例3

图4为实施例3公开的面排列式阵列中子探测定位示意图一，图5为面排列式阵列中子探测定位示意图二，图6为面排列式阵列中子探测定位示意图三；

在三维空间中，在竖向平面内设置第一中子源探测器D₁、第二中子源探测器D₂、第三中子源探测器D₃，其中，第二中子源探测器D₂位于Y坐标轴上，第三中子源探测器D₃位于坐标系原点上，第一中子源探测器D₁位于Z坐标轴上，如图4所示；

中子源N布设在三维坐标系中，坐标为(x,y,z)，其中，第一中子源探测器、第二中子源探测器与中子源形成一个三角形D₁D₂N；第二中子源探测器、第三中子源探测器与中子源形成另一个三角形D₃D₂N；

向量D₁N为第一中子源探测器的探测方向矢量，向量D₂N为第二中子源探测器的探测方向矢量，向量D₃N为第三中子源探测器的探测方向矢量，图1中为了表示清楚，向量终点没有重叠。

实际测量中，由于中子探测器探测到的中子源辐射信号来自于以中子源为中心的一个小空间内，并非是理想的一个点，所以，实际测试中，中子源探测器的探测方向矢量并不是一条直线，而是一个以中子源探测器为顶点的锥形体，如图5所示，该锥形体的截面为近似椭圆形，如图6所示，三个中子源探测器的探测方向矢量在中子源周围区域相互重叠，形成重叠区域M，中子源N通常位于形成的重叠区域M中；

作为可选实施例，中子源探测器的探测方向矢量锥形体的截面为圆形，且三个中子源探测器的探测方向矢量锥形体的截面圆形具有相同的半径，三个圆相互通过圆心，则单个中子源探测器确定的截面圆面积为：

πR²

三个截面圆的重叠面积为：

故探测精度提高：

实施例4

图7为实施例4公开的定向中子探测器结构示意图。

实施例4中，定向中子探测器包括圆筒形腔体，圆筒形腔体具有一个开口端2，中子转换片圆筒形腔体的侧壁1和底端封口端形成圆柱形腔室；侧壁1和底端封口端面外侧设置有中子屏蔽层3；在圆柱形腔室中，接近底端面的一侧设置有中子转换部件4，该中子转换部件4为圆形的中子转换片，设置与侧壁1内表面密封固结，在中子转换部件4与底端面之间设置有半导体探测部件5，半导体探测部件5为圆形的半导体探测片，设置与侧壁1内表面密封固结，同时半导体探测部件5与中子转换部件4紧密贴合；与半导体探测部件5同时设置连接的有设置在圆柱形腔室中的信号处理电路6，信号处理电路6设置与信号线7连接，将信号处理电路6收集并放大的电信号传出；

如图7所示，开口端2位于定向中子探测器的左侧，从圆柱形腔室中引出的两条虚线标示了能够探测的中子源的范围，并且确定了中子源的方向，位于中子探测器左侧、两条虚线之间。

实施例5

图8为实施例5公开的定向中子探测器结构示意图。

实施例5中，定向中子探测器包括圆筒形腔体，圆筒形腔体具有一个开口端2，圆筒形腔体的侧壁1和底端封口端形成圆柱形腔室；侧壁1和底端封口端面外侧设置有中子屏蔽层3；在圆柱形腔室中，接近底端面的一侧设置有半导体探测部件5，半导体探测部件5为圆形的半导体探测片，设置与侧壁1内表面密封固结；半导体探测部件5与底端面之间设置有在中子转换部件4，该中子转换部件4为圆形的中子转换片，设置与侧壁1内表面密封固结，同时半导体探测部件5与中子转换部件4紧密贴合；与半导体探测部件5同时设置连接的是设置在圆柱形腔室中的信号处理电路6，信号处理电路6设置与信号线7连接，将信号处理电路6收集并放大的电信号传出；

如图8所示，开口端2位于定向中子探测器的左侧，从圆柱形腔室中引出的两条虚线标示了能够探测的中子源的范围，并且确定了中子源的方向，位于中子探测器左侧、两条虚线之间。

实施例6

图9为实施例6公开的定向中子探测器结构示意图。

实施例6中，定向中子探测器包括圆筒形腔体，圆筒形腔体具有一个开口端2，圆筒形腔体的侧壁1和底端封口端形成圆柱形腔室；侧壁1和底端封口端面外侧设置有中子屏蔽层3；在圆柱形腔室中，接近底端面的一侧设置有中子转换部件4，该中子转换部件4为圆形的中子转换片，设置与侧壁1内表面密封固结，在中子转换部件4与底端面之间设置有半导体探测部件5，半导体探测部件5为圆形的半导体探测片，设置与侧壁1内表面密封固结，同时半导体探测部件5与中子转换部件4紧密贴合；在半导体探测部件5的另一侧还连接有一个中子转换部件4；信号处理电路6设置在圆柱形腔室的底部并与半导体探测部件5连接，信号处理电路6同时设置与信号线7连接，将信号处理电路6收集并放大的电信号传出；

如图9所示，开口端2位于定向中子探测器的左侧，从圆柱形腔室中引出的两条虚线标示了能够探测的中子源的范围，并且确定了中子源的方向，位于中子探测器左侧、两条虚线之间。

本发明实施例公开的面排列式中子源探测定位装置，包括形成面排列式排列的多个中子源探测器，能够在三维空间的范围内从多角度对中子源进行定位；每一个中子源探测器能够在一定范围内自由移动，便于调整其对中子源的探测方向，面排列式中子源探测器能够在空间转动，整体调整对中子源的探测方向；定向中子探测器能够有选择性的接收从选定方向辐射的中子源，将中子源的慢中子转化为He离子，进而He离子激发半导体产生电子空穴对，形成电信号，通过对电信号的处理，可以确定中子源；多个定向中子探测器在三维空间中排列为面阵列形成的面排列式中子源探测定位装置，提高了对中子源的定位准确率，探测效率高，功能多，在军事、海关、边防等探测未知中子源、特殊核素等中子探测技术领域有良好应用前景。

本发明实施例公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本发明的发明构思，并不构成对本发明实施例技术方案的限定，凡是对本发明实施例公开的技术细节所做的常规改变、替换或组合等，都与本发明具有相同的发明构思，都在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，包括：

探测器底座，具有连续的面；

多个中子源探测器，按设定规则布设在所述探测器底座的面上形成探测器阵列，用于探测中子源；

其中，所述中子源探测器设置与所述探测器底座可活动连接，所述中子源探测器配置为以可活动动连接位置为中心在设定范围内活动；

装置支架，用于设置所述探测器底座。

2.根据权利要求1所述的面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，所述探测器底座具有连续的平面。

3.根据权利要求1所述的面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，所述探测器底座具有连续的曲面。

4.根据权利要求1所述的面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，所述中子源探测器为定向中子探测器，所述定向中子探测器包括：

具有至少一个开口端的腔体，形成所述腔体的壁上设置有中子屏蔽层，所述中子屏蔽层用于防止慢中子通过所述腔体的壁进入所述腔体的内部；

慢中子转换部件，设置在所述腔体的内部，用于接收从所述开口端进入所述腔体中的慢中子，产生He离子；

半导体探测部件，设置在所述腔体的内部，与所述慢中子转换部件适配设置，用于接收所述慢中子转换部件产生的He离子，并激发半导体内产生电子空穴对，产生电信号；

信号处理电路，设置与所述半导体探测部件连接，用于接收并处理所述半导体探测部件产生的电信号。

5.根据权利要求4所述的面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，所述中子屏蔽层设置在所述腔体的壁的外部。

6.根据权利要求4所述的面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，所述半导体探测部件为PN结半导体部件或肖特基结半导体部件。

7.根据权利要求4所述的面排列式阵列中子探测定位装置，其特征在于，所述慢中子转换部件为慢中子转换层，包覆在所述半导体探测部件上，或设置在所述半导体探测部件内部。

8.面排列式阵列中子探测定位方法，其特征在于，包括：

在三维空间中布设多个中子源探测器，在连续的面内形成探测器阵列；

选定任意三个中子源探测器；

确定选定的三个中子源探测器在三维坐标系中的位置坐标；

确定三个选定的中子源探测器探测中子源的方向，以确定中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角；

根据三个中子源探测器的位置坐标和中子源探测器方向矢量与三个坐标轴之间的夹角，确定中子源的位置坐标。

9.根据权利要求8所述的面排列式阵列中子探测定位方法，其特征在于，包括：

在探测器阵列中，选取三个中子源探测器，分别为第一中子源探测器、第二中子源探测器和第三中子源探测器；

第一中子源探测器的位置坐标为(x₁,y₁,z₁)，第二中子源探测器的位置坐标为(x₂,y₂,z₂)；第三中子源探测器的位置坐标为(x₃,y₃,z₃)；

第一中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₁,β₁,θ₁；第二中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₂,β₂,θ₂；第三中子源探测方向矢量与三维坐标系中三个坐标轴之间的夹角分别为α₃,β₃,θ₃；

其中，第一中子源探测器、第二中子源探测器与中子源三者在三维空间形成第一三角形，所述第一三角形所在平面为：

A₁x+B₁y+C₁z＝1

其中：

根据所述第一三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₁+t₁×cosα₁，y₁+t₁×cosβ₁，z₁+t₁×cosθ₁)

其中：

t₁＝(y₁cosα₂-y₂cosα₂-x₁cosβ₂+x₂cosβ₂)/(cosβ₂cosα₁-cosα₂cosβ₁)；

或，

第一中子源探测器、第三中子源探测器、中子源形成第二三角形，所述第二三角形所在平面为：

A₂x+B₂y+C₂z＝1

其中：

根据第二三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₁+t₂×cosα₁，y₁+t₂×cosβ₁，z₁+t₂×cosθ₁)

其中：

t₂＝(y₁cosα₃-y₃cosα₃-x₁cosβ₃+x₃cosβ₃)/(cosβ₃cosα₁-cosα₃cosβ₁)；

或，

第二中子源探测器、第三中子源探测器、中子源形成第三三角形，所述第三三角形所在平面为：

A₃x+B₃y+C₃z＝1

其中：

根据所述第三三角形，确定中子源的位置坐标为：

(x₂+t₃×cosα₂，y₂+t₃×cosβ₂，z₂+t₃×cosθ₂)

其中：

t₃＝(y₂cosα₃-y₃cosα₃-x₂cosβ₃+x₃cosβ₃)/(cosβ₃cosα₂-cosα₃cosβ₂)。

10.根据权利要求8所述的面排列式阵列中子探测定位方法，所述中子源探测器为定向中子探测器，所述定向中子探测器定向探测中子的方法包括：

(1)用慢中子转换部件接收来自设定方向的慢中子，并产生He离子；

(2)用半导体探测部件接收产生的He离子，激发半导体内产生电子空穴对，形成与所述He离子对应的电信号；

(3)接收并处理产生的电信号，根据该电信号确定慢中子源。

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