CN115657111A - 基于空地协同的中子源探测定位方法、定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了基于空地协同的中子源探测定位方法，包括：在三维空间中布设至少三个中子源探测器，其中至少一个中子源探测器与其他中子源探测器不在同一水平面内；确定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，确定中子源的位置坐标。

Description

基于空地协同的中子源探测定位方法、定位装置

技术领域

本发明属于中子探测技术领域，具体涉及基于空地协同的中子源探测定 位方法、定位装置。

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。

对于地形复杂条件下的中子源探测情况，例如山区、丘陵地带等，由于 地形复杂会对中子源的探测造成困难，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，一些实施例了基于空地协同的中子源探测定位方法， 该定位方法包括：

在三维空间中布设至少三个中子源探测器，其中至少有一个中子源探测 器与其他中子源探测器不在同一水平面内；

确定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

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。

进一步，一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位方法，包括：

在三维空间中布设三个中子源探测器，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；

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。

一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位方法，包括：

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；

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，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)；

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，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，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×cosβ₂,z₂+t₃×cosθ₂)

其中:

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

一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位方法，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空地协同的中子源探测定位方法，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。

另一方面，一些实施例公开了基于空地协同的中子源探测定位装置，用 于实现基于空气协同的中子源探测定位方法，包括：

设置在三维空间中的至少三个中子源探测器，其中，至少有一个中子源 探测器与其他中子源探测器不在同一水平面内。

一些实施例公开的基于空地协同的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。

一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位装置，中子屏蔽层设 置在腔体的壁的外部。

一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位装置，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。

一些实施例公开的基于空地协同的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。

本发明实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位装置，能够在三维 空间的范围内从多角度对中子源进行定位，能够适用于复杂地形情况下的中 子源定位探测，能够克服地形对中子源探测的影响或干扰；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能够 形成空地协同的中子源探测定位装置，提高在复杂地形环境等情况下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基于空地协同的中子源探测定位示意图一；

图2实施例1基于空地协同的中子源探测定位示意图二；

图3实施例1基于空地协同的中子源探测定位示意图三；

图4实施例2定向中子探测器结构示意图；

图5实施例3定向中子探测器结构示意图；

图6实施例4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

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。

在一些实施方式中，一些实施例了基于空地协同的中子源探测定位方法， 该定位方法包括：

在三维空间中布设至少三个中子源探测器，其中至少一个中子源探测器 与其他中子源探测器不在同一水平面内；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；设置的至少三个中子源探测器中，至少有一个不能与其他中子源 探测器位于同一水平面内，以确保至少有一个中子源探测器从不同高度对中 子源进行探测，以克服具有一定高度的地形地貌对中子源的干扰或影响；为 此，可以调整中子源探测器的高度，或者在高度方向设置多个高度不同的中 子源探测器，以克服具有不同高度的地形地貌对中子源的干扰或影响；

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，基于空地协同的中子源探测定位方法包括：

在三维空间中布设三个中子源探测器，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；

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。

一些实施例中，基于空地协同的中子源探测定位方法包括：

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

cosβ₂＝0.33419

cosθ₂＝0.42967

则，得到

t₁＝(y₁cosα₂-y₂cosα₂-x₁cosβ₂+x₂cosβ₂)/(cosβ₂cosα₁-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-cosα₃cosβ₁)；

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×cosβ₂,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空地协同的中子源探测定位方法，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。

另一方面，一些实施例公开了基于空地协同的中子源探测定位装置，用 于实现基于空气协同的中子源探测定位方法，包括：

设置在三维空间中的至少三个中子源探测器，其中，至少一个中子源探 测器与其他中子源探测器不在同一水平面内。

一般地，中子源探测器配置为能够在三维空间进行转动，以便于调整中 子源探测器的探测方向，对三维空间中的中子源进行有效探测，也便于确定 能够测定中子源辐射的合理角度，最终便于准确确定中子源的位置。

一般地，中子源探测定位装置中设置至少三个中子源探测器，可以从三 个位置和三个方向对中子源进行探测，以便准确确定中子源位置。

一般地，至少一个中子源探测器与其他中子源探测器不在同一水平面内， 可以使得在至少两个高度位置对中子源进行探测，以克服高度方向的障碍物 对中子源的干扰、屏蔽，防止对中子源的准确定位。作为能够在高度方向对 中子源进行探测的中子源探测器，可以设置为可移动的部件，与中子源探测 定位装置以可移动的方式连接；还可以设置中子源探测器为独立移动的部件， 与中子源探测定位装置之间通过无线方式进行信号传输，实现定位装置对中 子源探测器的控制，例如中子源探测器设置安装在无人机上，通过控制无人 机，可以对中子源探测器进行自由控制，实现对中子源在不同高度的有效探 测。

一些实施例公开的基于空地协同的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；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。

一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位装置，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。

一些实施例公开的基于空地协同的中子源探测定位装置，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。

一些实施例公开的基于空地协同的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。

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。

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公开的基于空地协同的中子源探测定位示意图一，图2 为基于空地协同的中子源探测定位示意图二，图3为基于空地协同的中子源 探测定位示意图三；

在三维空间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和第三中子源探测器D₃布设在水 平面内，第二中子源探测器D₂位于X坐标轴上，第三中子源探测器D₃位于 Y坐标轴上，第一中子源探测器D₁位于Z坐标轴上；

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，而是一个锥形体，该锥形体的截面为 近似椭圆形；如图3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2

图4为实施例2公开的定向中子探测器结构示意图。

实施例1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4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3

图5为实施例3公开的定向中子探测器结构示意图。

实施例3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5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4

图6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，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6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基于空地协同的中子源探测定位装置，能够在三 维空间的范围内从多角度对中子源进行定位，能够适用于复杂地形情况下的 中子源定位探测，能够克服地形对中子源探测的影响或干扰；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能够 形成空地协同的中子源探测定位装置，提高在复杂地形环境等情况下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.基于空地协同的中子源探测定位方法，其特征在于，包括：

在三维空间中布设至少三个中子源探测器，其中至少有一个所述中子源探测器与其他所述中子源探测器不在同一水平面内；

确定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，确定中子源的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的基于空地协同的中子源探测定位方法，其特征在于，包括：

在三维空间中布设三个中子源探测器，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；

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。

3.根据权利要求2所述的基于空地协同的中子源探测定位方法，其特征在于，包括：

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)。

4.根据权利要求3所述的基于空地协同的中子源探测定位方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的基于空地协同的中子源探测定位方法，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。

6.基于空地协同的中子源探测定位装置，用于实现权利要求1～5任一项所述的基于空地协同的中子源探测定位方法，其特征在于，包括：

设置在三维空间中的至少三个中子源探测器，其中，至少一个所述中子源探测器与其他所述中子源探测器不在同一水平面内。

7.根据权利要求6所述的基于空地协同的中子源探测定位装置，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。

8.根据权利要求7所述的基于空地协同的中子源探测定位装置，其特征在于，所述中子屏蔽层设置在所述腔体的壁的外部。

9.根据权利要求7所述的基于空地协同的中子源探测定位装置，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。

10.根据权利要求7所述的基于空地协同的中子源探测定位装置，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。

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