CN115774284A - 一种旋转式中子能谱在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于中子能谱测量技术领域，提供一种旋转式中子能谱在线测量装置，包括支架、托盘、Bonner球、旋转平台、旋转轴；不同尺寸的Bonner球由上到下螺旋排布在带有托盘的支架上，所述支架的底座安装在转动平台上，旋转平台由旋转轴带动匀速旋转，各个Bonner球配有独立的前置放大器，同步采集信号后，经多路信号处理单元独立输出各路计数率值。本发明在线测量装置，通过将不同尺寸Bonner球由上到下螺旋排布，在水平面匀速转动，解决在线式中子能谱能量响应的各向同性不好的弊端，同时，通过特定的能量响应算法可避免中子谱仪能量响应函数计算中的球球干扰带来的影响。
Description
技术领域
本发明属于中子能谱测量技术领域，具体涉及一种旋转式中子能谱在线测量装置。
背景技术
为了实时监测中子辐射场的放射性剂量，保护工作场所人员安全，中子剂量当量的准确测量至关重要。由于不同能量的中子与生物组织发生不同作用产生不同生物效应，使单位注量的中子剂量当量随中子能量变化很大，差别有近百倍之多，由此，中子能谱测量对中子放射性监测尤为重要。
在辐射防护领域，Bonner多球中子谱仪是目前用于中子能谱测量的主要方法，具有灵敏度高，各向同性好，测量能量范围广的特点。其能谱测量装置主要由位于球心的热中子探测器和多个不同尺寸的聚乙烯慢化球壳组成，将热中子探测器在不同尺寸的聚乙烯慢化球中的测量计数输入到中子能谱解谱软件可获取中子能谱信息。
采用Bonner多球中子谱仪进行中子能谱测量时需将不同尺寸Bonner球轮流搬至同一待测位置，操作过程复杂、测量耗时长。在一些特定场合，如操作人员不方便进入中子辐射场进行换球操作，或中子辐射场在单次测量周期内发生改变的场所等，Bonner多球中子谱仪由于不能实时监测中子能谱，其应用具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、灵敏度高、测量准确度高的旋转式中子能谱在线测量装置，该测量装置通过对多个不同尺寸的Bonner球输出的信号进行同步测量，能够在灵敏度高、待测能量范围广的情况下实现在线式中子能谱测量，通过将不同尺寸Bonner球由上到下螺旋排布，实现能量响应各向同性，结合特定的能量响应算法，实现对中子能谱的在线测量。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。
一种旋转式中子能谱在线测量装置，包括支架，托盘，Bonner球，旋转平台，旋转轴；不同尺寸的Bonner球由上到下螺旋排布在带有托盘的支架上，所述支架的底座安装在转动平台上，旋转平台由旋转轴带动匀速旋转，各个Bonner球配有独立的前置放大器，同步采集信号后，经多路信号处理单元独立输出各路计数率值。
在上述技术方案中，所述Bonner球采用聚乙烯慢化球壳，中心置有热中子探测器。
在上述技术方案中，所述Bonner球也可以直接采用裸球形热中子探测器，不加慢化球壳。
为满足在线测量的需求，热中子探测器采用主动式热中子探测器，如3He正比计数管、BF3正比计数管、或者6LiI晶体探测器等。
在上述技术方案中，所述旋转平台由电机控制单元驱动电机控制旋转轴转动，使平台水平匀速旋转，测量时间可设置为平台水平转动周期的整数倍。
Bonner球尺寸一般为5~40cm，视中子最高能量而定，Bonner球的个数越多，能量分辨率越好。由于中子在不同尺寸的Bonner球中慢化程度不同具有的能量响应不同，基于在待测中子场中的响应及中子能量响应函数通过解谱算法可推算出中子能谱。
如果将不同尺寸的Bonner球依次放在同一个待测位置，在待测中子辐射场在测量周期不发生改变的情况下，由于单个慢化体是球状的，中子能量响应是各向同性的，由此推算出的中子能谱是只与中子能量相关的中子注量能谱分布，与中子入射方向不相关。若将多个不同尺寸的Bonner球在待测位置同步测量实现中子能谱在线测量，则整个探测系统不再几何对称，能量响应不满足各向同性的。
本发明的旋转式中子能谱在线测量装置，通过将不同尺寸Bonner球由上到下螺旋排布在支架上，支架安装在一个可转动的平台上，平台在水平面匀速转动，解决在线式中子能谱能量响应的各向同性不好的弊端。再通过特定的能量响应算法可避免中子谱仪能量响应函数计算中的球球干扰带来的影响。
附图说明
图1为本发明旋转式中子能谱在线测量装置的结构示意图。
图2为本发明旋转式中子能谱在线测量装置的俯视图。
图3为本发明旋转式中子能谱在线测量装置的电气实施连接图。
其中：1.支架，2.托盘，3.球形热中子探测器，4.Bonner球，5.旋转平台，6.旋转轴。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明实施例提供一种旋转式中子能谱在线测量装置，包括支架1，托盘2，球形热中子探测器3，Bonner球4，旋转平台5，旋转轴6。
在上述实施例中，Bonner球中心为主动式热中子探测器，外包裹不同尺寸的聚乙烯慢化球壳。
在上述实施例中，Bonner球可直接采用裸球形热中子探测器，不加慢化球壳，如图1中的球形热中子探测器3。
在上述实施例中，不同尺寸Bonner球由上到下螺旋排布在带有托盘的支架上，螺旋排布有利于响应各向同性，Bonner球按尺寸由大到小依次由下到上放置在支架的托盘上，使探测系统的重心较低，结构紧凑，在旋转时更稳。
如图2所示，各Bonner球球心距离支架的水平距离r保持相同，该距离r太近则竖直方向入射的中子会受到较大的球球干扰，考虑到尺寸大的Bonner球之间的干扰较大，则从竖直方向看，大尺寸的Bonner之间尽可能不重叠。距离r太远则整个系统占用空间大，且待测区域的中子能谱可能在空间内有所变化，使测量不准，距离r的确定需结合实际工况。
相邻Bonner球球心与支架之间的角度映射到水平方向尽量保持相同，使探测系统水平方向几何中心在支架上。
在上述实施例中，支架的底座安装在水平匀速转动的旋转平台上。平台水平转动周期的整数倍可设为测量时间。
如图3所示，各个Bonner球配有独立的前置放大器，同步采集信号后，经多路信号处理单元独立输出各路计数率值。旋转平台由电机控制单元驱动电机控制旋转轴转动，使平台水平匀速旋转。
在上述实施例中，需将中子能量响应函数输入到中子能谱解谱软件中，将整个旋转式中子能谱测量装置作为一个整体，通过模拟上、下2个方向及水平4个方向的平行入射中子源对整个探测系统的辐照来获取各个Bonner球的响应，再将6个不同方向的响应值取平均获取各个Bonner球的能量响应。
该旋转式中子在线中子能谱测量装置运行时，先利用电机控制单元驱动电机使平台匀速水平旋转，再开启Bonner多球探测系统的电源，将同步测量的中子响应数据(一组不同Bonner球的计数率数据)，输入到集成了模拟的中子能量响应的中子能谱解谱软件即可以获取实时中子能谱信息。
综上，本发明主要解决现有Bonner多球中子谱仪无法在线测量的问题，及利用多个Bonner球同步测量实现中子能谱在线测量后能量响应各向同性不好的问题，以达到准确获取实时中子能谱信息的目的。
本发明旋转式中子能谱在线测量装置将不同尺寸Bonner球由上到下螺旋排布，有利于响应各向同性。Bonner球尺寸可参考Bonner多球中子谱仪球形尺寸，也可选用裸球形热中子探测器(如球形3He正比计数管)。由于各Bonner球的中心探测器可选用灵敏度高的热中子灵敏探测器，测量累计计数高，统计误差小，测量准确度高。该旋转式中子能谱在线测量装置的能量响应可近似各向同性。
Bonner多球中子谱仪系统的能量响应函数计算是通过模拟不同能量单能平行中子源照射单个不同尺寸Bonner球的反应数来获取的，考虑到旋转式中子能谱在线测量装置中不同Bonner球之间存在干扰，采用将整个旋转式中子能谱探测系统作为一个整体，通过模拟计算水平四个相互垂直的方向和竖直上下两个方向，共6个方向的平行入射中子源对整个探测系统的辐照来获取各个Bonner球的能量响应值，再将6个不同方向的响应值取平均获取各个Bonner球的能量响应函数。这样的能量响应函数计算方式将球球干扰的影响考虑到整个探测系统内部，不需考虑因计算单个Bonner球能量响应时由于球球干扰而需进行能量响应修正的问题，使得能量响应函数计算更准确，提高中子能谱在线测量准确度。
本发明为中子能谱在线测量技术提供新的研究发展方向，使中子能谱在线式监测仪面向工程化应用更迈进一步。
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。
以上所述具体实施方式，仅仅是具体说明本发明的目的、技术方案和有益效果，而非限制本发明展现形式及保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、变形改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：包括支架、托盘、 Bonner球、旋转平台、旋转轴；不同尺寸的Bonner球由上到下螺旋排布在带有托盘的支架上，所述支架的底座安装在转动平台上，旋转平台由旋转轴带动匀速旋转，各个Bonner球配有独立的前置放大器，同步采集信号后，经多路信号处理单元独立输出各路计数率值。
2.根据权利要求1所述的旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：所述Bonner球采用聚乙烯慢化球壳，中心置有热中子探测器。
3.根据权利要求1所述的旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：所述Bonner球采用裸球形热中子探测器，不加慢化球壳。
4.根据权利要求2或3所述的旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：热中子探测器采用主动式热中子探测器，包括3He正比计数管、BF3正比计数管、或者6LiI晶体探测器。
5.根据权利要求1所述的旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：所述Bonner球按尺寸由大到小依次由下到上放置在支架的托盘上。
6.根据权利要求1所述的旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：各Bonner球球心距离支架的水平距离相同。
7.根据权利要求1所述的旋转式中子能谱在线测量装置，其特征在于：所述旋转平台由电机控制单元驱动电机控制旋转轴转动，使平台水平匀速旋转。
Priority Applications (1)
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| CN202211382289.9A CN115774284A (zh) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 一种旋转式中子能谱在线测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| CN115774284A true CN115774284A (zh) | 2023-03-10 |
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ID=85388831
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202211382289.9A Pending CN115774284A (zh) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 一种旋转式中子能谱在线测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115774284A (zh) |
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2022
- 2022-11-07 CN CN202211382289.9A patent/CN115774284A/zh active Pending
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