CN201017035Y - 一种新型高灵敏度环境中子探测器 - Google Patents

一种新型高灵敏度环境中子探测器 Download PDF

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高灵敏度环境中子探测器是由大型BF3中子计数管(或3He中子正比计数管)，外面包有4.5－7.5cm厚聚乙烯慢化体组成。它能准确测定天然中子本底水平(北京地区约为3nSv/h)，这是国内外灵敏度最高的环境中子探测器。可用于高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境(公众)的中子辐射安全。

Description

一种新型高灵敏度环境中子探测器
技术领域  本实用新型属于环境保护辐射监测技术领域，尤其是涉及到一种新型高灵敏度环境中子探测器。
背景技术  随着核科学与技术快速发展，国内外大型粒子加速器及各种大中小型加速器、散裂中子源、核洁净能源以及热核反应装置等新型核设施的建造，这些核设施在其周围环境中主要产生瞬时中子辐射，造成环境污染及人员健康受到损伤。由于原来用于反应堆、核电站等核设施的环境辐射安全监测技术，主要针对监测γ辐射，而不监测中子辐射。原有监测技术已不适应上述核设施环境监测要求。
按我国国家标准规定环境辐射水平限值是0.1mSv/年，从监测技术角度可将其换算成剂量率为11.6nSv/h。对于这样低水平的中子辐射剂量的测量，必须研制高灵敏度环境中子探测器，它的灵敏度能测到天然中子本底水平(北京地区约3nSv/h)。目前国内外尚无此类产品能满足上述要求和需要。必须研制高灵敏度环境中子探测器，才能测定核设施对周围环境的实际影响，确保公众的辐射安全。
实用新型内容  本实用新型的目的是提供一种新型高灵敏度环境中子探测器。
当前中子探测器(监测器或剂量当量仪)存在的主要问题是灵敏度低，国外灵敏度最高的中子探测器是法国生产的LB6411型中子剂量当量仪，它的可测下限为0.1μSv/h(100nSv/h)，测不到天然中子本底水平(3nSv/h)。还需将其灵敏度提高100倍，才能满足环境中子监测的要求。所以本实用新型的关键技术是研制一种新型高灵敏度环境中子探测器。
针对现有中子探测器灵敏度低的问题，具体分析了其原因，归纳如下：
(1)采用的中子计数管尺寸小，造成灵敏度低的因素之一；
(2)由于现有探测器采用“雷姆”结构达到剂量率灵敏度与中子能量无关，便于在中子能谱未知的情况下测量剂量率水平。所谓“雷姆”结构即是在中子计数管外面包有慢化体和吸收体，由于吸收体存在，使灵敏度下降。
本实用新型是采用以下三项措施提高了中子探测器的灵敏度：
(1)在中子探测器结构中采用大型中子计数管，柱型或球形的均可采用；
(2)计数管外面包有高压聚乙烯慢化体，无吸收体(含硼塑料)，称为非“雷姆”结构；
(3)聚乙烯慢化体厚度(尺寸)必须在4.5-7.5mm之内，才能达到注量率灵敏度与中子能量无关的性能，便于标定和现场测量。
依据上述创新点完成了本实用新型中子探测器的制造。在探测器中心采用大尺寸柱形BF3正比中子计数管(Φ50×350mm)，外面包有6.5cm厚的高压聚乙烯慢化体。由计数管输出信号通过电子学电路处理，然后进入单板机进行数据采集和处理，並以中子剂量率的形式显示出来。
由于采取上述结构参数，探测器具有以下性能：
(1)注量率灵敏度为12cps/n/cm2.s或15cps/(μSv/h)。
能正确测定天然中子本底水平(北京地区为约3nSv/h)。探测器可测下限为0.5nSv/h。用本探测器在国内首次测定各地区天然本底数据，並研究了它随地磁纬度和海拔高度的变化。
(2)注量率灵敏度与能量响应平坦
由于采用6.5cm厚的聚乙烯慢化体，实现了中子的注量率灵敏度与中子能量从0.025eV到16MeV响应平坦。这样，在不清楚现场中子能谱的情况下，可正确测定中子注量率。同时注量率灵敏度与标定中子源的能谱无关。
(3)注量率-剂量当量率换算
在将注量率换算成剂量当量率时需要现场的中子能谱，即转换系数。
由于本实用新型中子探测器的新设计，提高了探测的灵敏度，有效地测定核设施对周围环境的实际影响，确保了公众的辐射安全。
附图说明
图1及图2为本实用新型高灵敏度环境中子探测器剖面结构示意图。
图3为该探测器的电子学测量结构图。
具体实施方式
实施例一：本实用新型包括设置在探测中心的柱形BF3中子正比计数管(Φ50mm，有效长度330mm，充气压力约600mmHg，计数管工作电压为2000伏)1，外面包有6.5cm厚高压聚乙烯慢化体2，电子学电路及单板机显示器安装在仪器盒3内(图1)。
电子学电路见图3，BF3中子正比计数管1输出的脉冲信号，经前放2和主放3放大320倍后进入甄别器4(甄别阈值为0.75伏)，再进入成形5和输出级6电路，输出脉冲+12V，800μS宽，上述部分与低压电源7，高压电源8形成探测器和测量系统一体化的结构。
实施例二：如图2所示球形3He中子正比计数管1，外面有高压聚乙烯球形慢化体(厚度为6.5cm)2，电子学电路、单板机及显示器设置在仪器盒3内。它的灵敏度比实施例一高，但造价较高。

Claims (3)

1.一种新型高灵敏度环境中子探测器，包括中子计数管(1)、慢化体(2)及电子学电路(3)，其特征在于，所述中子计数管(1)是大型中子计数管，且其和给定厚度的中子慢化体组合在一起，中子计数管(1)外面包有慢化体(2)。
2.如权利要求1所述的一种新型高灵敏度环境中子探测器，其特征在于，所述的中子计数管可以BF3或3He中子计数管。
3.如权利要求1所述的一种新型高灵敏度环境中子探测器，其特征在于，所述给定厚度的中子慢化体由高压聚乙烯材料制成，厚度在4.5-7.5cm范围内。
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