CN116052918A - 中子源屏蔽系统及中子照相设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及中子无损检测技术领域，具体提供一种中子源屏蔽系统及中子照相设备，旨在解决现有中子照相设备因中子源发射的中子向四周散射而影响成像结果的问题。为此目的，本申请的中子源屏蔽系统包括：导轨；底板，其固定设置于导轨上；前屏蔽墙，其设置于导轨上，且与底板抵接，前屏蔽墙内嵌设有准直器；以及后屏蔽罩，其滑动设置于导轨上，后屏蔽罩具有对应于前屏蔽墙的第一开口以及对应于底板的第二开口，当后屏蔽罩朝向前屏蔽墙移动并与前屏蔽墙抵接时，前屏蔽墙封闭第一开口，底板封闭第二开口，以使后屏蔽罩、前屏蔽墙以及底板形成用于容纳中子源的封闭腔室。本申请在实现中子屏蔽效果的同时，使得设备的检修或部件的更换更为方便。

Description

中子源屏蔽系统及中子照相设备

技术领域

本申请涉及中子无损检测技术领域，具体提供一种中子源屏蔽系统及中子照相设备。

背景技术

中子成像作为一种重要的无损检测技术，其能够实现物体深度部位的检测，并能准确区分不同元素成分，因而在航空航天、材料学、生物医学等各领域中发挥着越来越重要的作用。

在中子照相设备中，中子源出射的中子经过慢化准直后进入成像系统，但是实际应用中，无法保证中子源出射的中子全部进入慢化准直通道，难免会向四周散射，而散射至周围环境中的中子则会对成像系统造成干扰，影响成像结果。

因此，本领域需要一种屏蔽结构来解决上述问题。

发明内容

本申请旨在解决上述技术问题，即为了解决现有中子照相设备因中子源发射的中子向四周散射而影响成像结果的问题。

第一方面，本申请提供一种中子源屏蔽系统，该中子源屏蔽系统包括：

导轨；

底板，其固定设置于所述导轨上，用于安装中子源；

前屏蔽墙，其设置于所述导轨上，且与所述底板抵接，所述前屏蔽墙内嵌设有准直器；以及

后屏蔽罩，其滑动设置于所述导轨上，所述后屏蔽罩具有对应于所述前屏蔽墙的第一开口以及对应于所述底板的第二开口，当所述后屏蔽罩朝向所述前屏蔽墙移动并与所述前屏蔽墙抵接时，所述前屏蔽墙封闭所述第一开口，所述底板封闭所述第二开口，以使所述后屏蔽罩、所述前屏蔽墙以及所述底板形成用于容纳中子源的封闭腔室。

可选地，所述后屏蔽罩包括：

相互平行设置的第一侧屏蔽墙和第二侧屏蔽墙，其均滑动设置于所述导轨上；

后屏蔽墙，其连接于所述第一侧屏蔽墙和第二侧屏蔽墙的后端，所述后屏蔽墙平行于所述前屏蔽墙；以及

顶屏蔽墙，连接于所述第一侧屏蔽墙、第二侧屏蔽墙以及后屏蔽墙的顶端，所述顶屏蔽墙平行于所述底板。

可选地，任意相邻的两个墙体设置有第一台阶结构，以使所述两个墙体能够彼此插接配合；并且/或者

所述底板和与其相邻的墙体设置有第二台阶结构，以使所述底板和与其相邻的墙体之间通过所述第二台阶结构插接配合。

可选地，所述屏蔽系统还包括驱动装置，所述驱动装置与所述后屏蔽罩相连，用于驱动所述后屏蔽罩沿所述导轨往复运动。

可选地，所述底板上设置有支撑框架，所述支撑框架用于安装中子源。

可选地，所述准直器可拆卸连接于所述前屏蔽墙；并且/或者

所述前屏蔽墙滑动设置于所述导轨上，并能够与所述支撑框架固定。

可选地，还包括：固定板，其连接于所述第一侧屏蔽墙、所述第二侧屏蔽墙以及所述后屏蔽墙的底端，且所述固定板与所述导轨滑动连接。

可选地，所述底板包括：

第一金属层；

第二金属层，其平行于所述第一金属层；以及

屏蔽层，其夹设于所述第一金属层和所述第二金属层之间。

可选地，所述前屏蔽墙和所述后屏蔽罩均由高密度聚乙烯材料制成。

第二方面，本申请提供一种中子照相设备，该中子照相设备包括：

第一方面中任一项所述的中子源屏蔽系统；

中子源，其设置于所述底板上，所述中子源的发射口朝向所述准直器；以及

成像系统，其用于接受所述中子源发射的中子，获取所述中子的状态信息，并基于所述状态信息生成图像。

如上，在采用上述技术方案的情况下，中子照相设备待运行前，将后屏蔽罩朝向前屏蔽墙一侧移动，直至后屏蔽罩与前屏蔽墙抵接，前屏蔽墙封闭第一开口，中子源的发射口正对准直器。与此同时，底板封闭第二开口，后屏蔽罩、前屏蔽墙以及底板三者形成容纳中子源的封闭腔室，将中子源包裹在其中，进而对中子源散射的中子进行屏蔽，避免中子向外部环境散射而影响成像质量。

当需要对屏蔽系统内部的部件进行检修或更换时，控制后屏蔽罩沿导轨反向滑动，使后屏蔽罩与前屏蔽墙和底板分离，将中子源和准直器裸露。因此，通过后屏蔽罩、前屏蔽墙以及底板三者的分体式设置，使得设备的检修或部件的更换更为方便，降低了工作量。另一方面，依靠后屏蔽罩沿导轨的滑动实现屏蔽系统的开启与关闭，无需对屏蔽系统进行拆装，进而有效避免了因反复拆装导致的各部件变形，从而影响系统密封性的问题。

附图说明

下面结合附图来描述本申请的优选实施方式，附图中：

图1是本申请实施例给出的中子源屏蔽系统的整体结构示意图；

图2是图1的三维爆炸图；

图3是图1的剖视图；

图4是后屏蔽罩的三维爆炸图；

图5是底板的局部结构示意图。

图中，附图标记指代如下：

1、导轨；2、底板；21、第一金属层；22、第二金属层；23、屏蔽层；24、支撑框架；3、前屏蔽墙；31、准直器；4、后屏蔽罩；41、第一开口；42、第二开口；43、第一侧屏蔽墙；44、第二侧屏蔽墙；45、后屏蔽墙；46、顶屏蔽墙；47、固定板；5、驱动装置。

具体实施方式

下面参照附图来描述本申请的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理，并非用于限制本申请的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示相关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申请的限制。此外，序数词“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在中子照相行业中，需对中子源产生的中子进行约束，一部分中子通过准直慢化装置将其变为可用于照相的、具有一定平行度、能量在一定范围内的中子射线束，中子源产生的中子束为4π方向发射，在非成像端方向的中子经过散射、反射等，会对成像端形成散射中子，影响图像质量，因此需要对中子源进行屏蔽，消除多余中子散射对成像的影响；为解决以上问题，中子源一般放置于由对中子屏蔽敏感的材料组成的密闭屏蔽室中，只需预留需要利用的中子准直通道。

中子源正常使用情况下，靶、微波窗均有使用寿命的限制，需定期更换，绝缘材料定期保养，屏蔽磁铁及高压电缆定期检查，根据实验条件更换准直组件等，另外需对屏蔽室内中子源工作状态(真空泵运行状态)定期检查，检查各连接部件的是否有松动、中子源表面是否有结露等各种异常，中子源的维修保养较为频繁。

因此，采用屏蔽室包裹中子源的方式，中子源维修保养以及更换慢化准直组件时均需要将屏蔽室拆开，一方面操作非常不便，增加了劳动成本，另一方面多次拆装屏蔽室也会导致准直器束流孔道位置精度降低，屏蔽室密封性下降等，这些均会对成像结果造成影响，因此上述方式存在较大的弊端。

参照图1和图2，为本申请实施例公开的一种中子源屏蔽系统，其包括导轨1、底板2、前屏蔽墙3以及后屏蔽罩4。

导轨1为直线导轨，其可以固定于一底座上。

底板2固定设置在导轨1上，底板2用于承载安装中子源。底板2不仅需要具有一定的承压能力，还应具有屏蔽功能，因此底板2可采用复合板的形式。

前屏蔽墙3安装在导轨1上，位于底板2的一侧，前屏蔽墙3与底板2的侧表面抵接。前屏蔽墙3采用绝缘材料制成，前屏蔽墙3内嵌设有准直器31，准直器31用于对中子进行慢化准直。

后屏蔽罩4具有第一开口41和第二开口42，其中，第一开口41对应于前屏蔽墙3，第二开口42对应于底板2。后屏蔽罩4整体由绝缘材料制成，且其下端与导轨1滑动连接，后屏蔽罩4能够沿导轨1作往复直线运动。

中子照相设备待运行前，将后屏蔽罩4朝向前屏蔽墙3一侧移动，直至后屏蔽罩4与前屏蔽墙3抵接，前屏蔽墙3封闭第一开口41，中子源的发射口正对准直器31。与此同时，底板2封闭第二开口42，后屏蔽罩4、前屏蔽墙3以及底板2三者形成容纳中子源的封闭腔室，将中子源包裹在其中，进而对中子源散射的中子进行屏蔽，避免中子向外部环境散射而影响成像质量。

当需要对屏蔽系统内部的部件进行检修或更换时，控制后屏蔽罩4沿导轨1反向滑动，使后屏蔽罩4与前屏蔽墙3和底板2分离，将中子源和准直器31裸露。因此，通过后屏蔽罩4、前屏蔽墙3以及底板2三者的分体式设置，使得设备的检修或部件的更换更为方便，降低了工作量，另一方面，依靠后屏蔽罩4沿导轨1的滑动实现屏蔽系统的开启与关闭，无需对屏蔽系统进行拆装，进而有效避免了因反复拆装导致的各部件变形，从而影响系统密封性的问题。

可选地，本申请中前屏蔽墙3和后屏蔽罩4均由高密度聚乙烯材料制成。

参照图3和图4，作为本申请一种可能的实现方式，后屏蔽罩4包括第一侧屏蔽墙43、第二侧屏蔽墙44、后屏蔽墙45以及顶屏蔽墙46。第一侧屏蔽墙43和第二侧屏蔽墙44相互平行，后屏蔽墙45固定连接在第一侧屏蔽墙43和第二侧屏蔽墙44之间，后屏蔽墙45垂直于第一侧屏蔽墙43和第二侧屏蔽墙44，前屏蔽墙3能够封闭第一侧屏蔽墙43、第二侧屏蔽墙44和后屏蔽墙45形成的第一开口41，形成方形的框架结构。顶屏蔽墙46固定连接在第一侧屏蔽墙43、第二侧屏蔽墙44以及后屏蔽墙45的顶端，顶屏蔽墙46平行于底板2，底板2能够封闭第二开口42。

可选地，任意相邻的两个墙体设置有第一台阶结构，两个墙体之间通过第一台阶结构插接配合。底板2和与其相邻的墙体设置有第二台阶结构，底板2和与其相邻的墙体之间通过第二台阶结构插接配合。通过第一台阶结构和第二台阶结构的设置，避免了相邻墙体或底板2与墙体之间形成直通缝，延长了流体的移动路径，从而进一步增强了屏蔽系统的密封性。

参照图2，底板2上固定设置有支撑框架24，中子源固定安装在支撑框架24上。

可选地，准直器31可拆卸连接在前屏蔽墙3内，例如可采用插拔连接等形式。前屏蔽墙3滑动设置在导轨1上，并能够与支撑框架24固定。前屏蔽墙3与导轨1滑动连接，在更换准直器31时，可将前屏蔽墙3手动沿束流方向移动，以便于预留出空间对准直器31进行更换。

参照图4，第一侧屏蔽墙43、第二侧屏蔽墙44以及后屏蔽墙45的底端固定连接有固定板47，固定板47与导轨1滑动连接。固定板47的设置，一方面是连接在第一侧屏蔽墙43、第二侧屏蔽墙44以及后屏蔽墙45之间，增强整个结构的稳定性，另一方面通过固定板47将整个后屏蔽罩4与导轨1滑动连接。

参照图5，在一种可能的实现方式中，底板2包括第一金属层21、第二金属层22以及屏蔽层23，第一金属层21和第二金属层22相互平行，屏蔽层23夹设于第一金属层21和第二金属层22之间，屏蔽层23可由高密度聚乙烯等绝缘材料制成。第一金属层21和第二金属层22用于保证整个底板2的承压能力，屏蔽层23则用于屏蔽中子。

参照图3，作为本申请一种可能的实现方式，导轨1远离前屏蔽墙3的端部还设置有驱动装置5，驱动装置5与后屏蔽罩4相连，能够驱动后屏蔽罩4沿导轨1往复运动。可选地，驱动装置5由伺服电机和丝杠螺母机构组成，伺服电机驱动丝杠转动，进而带动后屏蔽罩4沿导轨1直线运动。相对于手动推动后屏蔽罩4移动的方式来讲，节省了人力，同时驱动装置5本身具有自锁功能，能够确保后屏蔽罩4与前屏蔽墙3和底板2抵紧固定。

本申请实施例还公开了一种中子照相设备，其包括中子源、上述任意实施例中的中子源屏蔽系统以及成像系统。

中子源固定设置在屏蔽系统的底板2上，中子源的束流发射口朝向准直器31。成像系统设置在沿束流方向的前方，其用于接受中子源发射的中子，获取中子的状态信息，并基于该状态信息生成图像，进而通过图像判断待检测工件是否达标。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中子源屏蔽系统，其特征在于，包括：

导轨；

底板，其固定设置于所述导轨上，用于安装中子源；

前屏蔽墙，其设置于所述导轨上，且与所述底板抵接，所述前屏蔽墙内嵌设有准直器；以及

后屏蔽罩，其滑动设置于所述导轨上，所述后屏蔽罩具有对应于所述前屏蔽墙的第一开口以及对应于所述底板的第二开口，当所述后屏蔽罩朝向所述前屏蔽墙移动并与所述前屏蔽墙抵接时，所述前屏蔽墙封闭所述第一开口，所述底板封闭所述第二开口，以使所述后屏蔽罩、所述前屏蔽墙以及所述底板形成用于容纳中子源的封闭腔室。

2.根据权利要求1所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，所述后屏蔽罩包括：

相互平行设置的第一侧屏蔽墙和第二侧屏蔽墙，其均滑动设置于所述导轨上；

后屏蔽墙，其连接于所述第一侧屏蔽墙和第二侧屏蔽墙的后端，所述后屏蔽墙平行于所述前屏蔽墙；以及

顶屏蔽墙，连接于所述第一侧屏蔽墙、第二侧屏蔽墙以及后屏蔽墙的顶端，所述顶屏蔽墙平行于所述底板。

3.根据权利要求2所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，任意相邻的两个墙体设置有第一台阶结构，以使所述两个墙体能够彼此插接配合；并且/或者

所述底板和与其相邻的墙体设置有第二台阶结构，以使所述底板和与其相邻的墙体之间通过所述第二台阶结构插接配合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，所述屏蔽系统还包括驱动装置，所述驱动装置与所述后屏蔽罩相连，用于驱动所述后屏蔽罩沿所述导轨往复运动。

5.根据权利要4所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，所述底板上设置有支撑框架，所述支撑框架用于安装中子源。

6.根据权利要求5所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，所述准直器可拆卸连接于所述前屏蔽墙；并且/或者

所述前屏蔽墙滑动设置于所述导轨上，并能够与所述支撑框架固定。

7.根据权利要2所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，还包括：

固定板，其连接于所述第一侧屏蔽墙、所述第二侧屏蔽墙以及所述后屏蔽墙的底端，且所述固定板与所述导轨滑动连接。

8.根据权利要求1所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，所述底板包括：

第一金属层；

第二金属层，其平行于所述第一金属层；以及

屏蔽层，其夹设于所述第一金属层和所述第二金属层之间。

9.根据权利要求1所述的中子源屏蔽系统，其特征在于，所述前屏蔽墙和所述后屏蔽罩均由高密度聚乙烯材料制成。

10.一种中子照相设备，其特征在于，包括：

权利要求1至9中任一项所述的中子源屏蔽系统；

中子源，其设置于所述底板上，所述中子源的发射口朝向所述准直器；以及

成像系统，其用于接受所述中子源发射的中子，获取所述中子的状态信息，并基于所述状态信息生成图像。

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