CN201589866U - 一种高灵敏度中子探测器 - Google Patents

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赵文渊
宋建安
吴斌
孙刚
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Abstract

本实用新型的目的在于公开一种高灵敏度中子探测器，它包括中子探头、中子慢化体及控制系统；所述中子探头的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接，所述中子探头设置在所述中子慢化体中，所述中子探头设置有6LiI(Eu)闪烁晶体制成的中子探测元件；采用6LiI(Eu)闪烁晶体作为中子探测元件，匹配高灵敏度的光电倍增管作为光电转换器，重量轻，便于携带，对中子响应灵敏，角响应好，可准确测量环境周围中子辐射水平；可用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射安全，实现本实用新型的目的。

Description

一种高灵敏度中子探测器
技术领域
本实用新型涉及一种中子探测器，特别涉及一种用于环境防护辐射监测的高灵敏度中子探测器。
背景技术
近年来，我国中子应用技术发展迅速，中子测井、中子诱发测井、中子照相、中子治癌、中子活化分析等已经得到广泛应用；另外，大型粒子加速器、各种加速器中子源、散裂中子源、核电站、反应堆及新型热核反应装置等核设施大量建造，而在这些核设施及中子源在其周围环境会产生中子辐射，造成环境污染并使人员健康受到损伤，故必须对核设施及中子源周围的环境辐射进行监测，中子探测有着巨大的需求。
按照我国国家标准规定环境辐射水平限值为0.1mSv/年，从监测技术角度可将其换算成剂量率为约12nSv/h，对于这样低水平的中子辐射剂量的测量，需要高灵敏度的中子探测器。目前，实现中子探测的方法主要有核反应法、核反冲法、核裂变法与核激活法，其中核反应法因其方法简单，测试精确快速而应用最为广泛。
现有的利用核反应法进行中子探测的中子探测器主要为以3He正比计数管和10BF3正比计数管为中子探测元件的中子探测器，而现有的大部分中子探测器都是笨重的A-B型雷姆仪，在中子探测元件外包有慢化体和吸收体，由于吸收体的存在，造成灵敏度下降，由于灵敏度较低，不能探测到天然中子本底水平(约3nSv/h)，且由于结构比较笨重，不适于室外携带使用；而6LiI(Eu)闪烁晶体具有光输出大、热中子探测效率高、高灵敏度等优点。
总的来说，目前对核设施及中子源周围环境辐射监测的设备存在着灵敏度不高、难于便携的缺点。
因此，特别需要一种中子探测器，对中子响应灵敏，可准确测量环境周围中子辐射水平，用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射安全。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高灵敏度中子探测器，解决现有的中子探测器所存在的问题，对中子响应灵敏，可准确测量环境周围中子辐射水平，用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射安全。
本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种高灵敏度中子探测器，其特征在于，它包括中子探头、中子慢化体及控制系统；所述中子探头的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接，所述中子探头设置在所述中子慢化体中，所述中子探头设置有6LiI(Eu)闪烁晶体制成的中子探测元件。
在本实用新型的一个实施例中，所述中子探头由屏蔽外壳、中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路构成，所述中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路设置在所述屏蔽外壳内，所述中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路互相依次连接，所述前置放大电路的输出端与所述控制系统的信号输入端连接。
进一步，所述光电转换器为光电倍增管。
在本实用新型的一个实施例中，所述控制系统由放大器、甄别器、计数器、控制器、显示器、高压电源和低压电源构成，所述放大器的信号输入端与所述中子探头的信号输出端连接，所述放大器的信号输出端依次连接甄别器、计数器和控制器，所述显示器与控制器连接，所述低压电源分别与中子探头、放大器、甄别器、计数器、控制器、显示器和高压电源连接，所述高压电源与所述中子探头连接。
进一步，所述低压电源为14V可反复充电式的锂电池。
在本实用新型的一个实施例中，所述中子慢化体为高密度聚乙烯加工而成的中子慢化体。
进一步，所述中子慢化体的前部为类圆台状，后部为柱形。
进一步，所述中子慢化体的外表面到内表面之间的距离相等，即所述中子慢化体的前部的类圆台状高度和半径及后部的柱形的厚度相等。
进一步，所述中子慢化体的厚度为4-8cm。
在本实用新型的一个实施例中，所述中子探头设置在所述中子慢化体的几何中心。
本实用新型的高灵敏度中子探测器具有如下的特点：
(1)采用高灵敏度的6LiI(Eu)闪烁晶体代替3He正比计数管及10BF3正比计数管作为中子探头的中子探测元件，且采用大体积6LiI(Eu)闪烁晶体匹配高灵敏度的光电倍增管；
(2)在中子探头外包有一定厚度的高密度聚乙烯的中子慢化体，中子慢化体的前部为类圆台状，后部为柱形，无吸收体，使中子探头的灵敏度更高；
(3)中子慢化体的厚度在4-8cm之间，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，且仪器便于携带。
本实用新型的高灵敏度中子探测器，采用6LiI(Eu)闪烁晶体作为中子探测元件，匹配高灵敏度的光电倍增管作为光电转换器，重量轻，便于携带，对中子响应灵敏，角响应好，可准确测量环境周围中子辐射水平；可用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射安全，实现本实用新型的目的。
本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本实用新型的高灵敏度中子探测器的结构示意图；
图2为本实用新型的高灵敏度中子探测器的中子探头的内部结构示意图；
图3为本实用新型的高灵敏度中子探测器的慢化体剖面结构的示意图；
图4为本实用新型的高灵敏度中子探测器的控制系统结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
实施例
如图1所示，本实用新型的高灵敏度中子探测器，它包括中子探头10、中子慢化体20及控制系统30；中子探头10的信号输出端与控制系统30的信号输入端连接，由控制系统30对中子探头10的信号进行处理，中子探头10设置在中子慢化体20中。
如图2所示，中子探头10由屏蔽外壳11、中子探测元件12、光导13、光电转换器14和前置放大电路15构成，中子探测元件12、光导13、光电转换器14和前置放大电路15设置在屏蔽外壳11内，中子探测元件12、光导13、光电转换器14和前置放大电路15互相依次连接，前置放大电路15的输出端接控制系统30的信号输入端。
在本实施例中，中子探头10中的中子探测元件12采用6LiI(Eu)闪烁晶体，屏蔽外壳11采用铝制的屏蔽外壳。
中子探头10的光电转换器14采用北京滨松CR105光电倍增管；中子探头10由大体积6LiI(Eu)闪烁晶体(Φ40×40mm)耦合光电倍增管CR105组成，中子探头10测试中子场下的辐射水平，并通过注量和剂量当量转换后求得剂量。
如图3所示，中子探头10设置在中子慢化体20的几何中心，中子慢化体20为高密度聚乙烯加工而成的中子慢化体，中子慢化体20的前部为类圆台状，后部为柱形，中子慢化体20的外表面到内表面之间的距离相等，即中子慢化体20的前部的类圆台状高度和半径及后部的柱形的厚度相等，中子慢化体20的厚度为4-8cm。
如图4所示，控制系统30由放大器31、甄别器32、计数器33、控制器34、显示器35、高压电源36和低压电源37构成，放大器31的信号输入端连接中子探头10的信号输出端，从中子探头10输出来的信号经过放大器31放大后，再进入到甄别器32进行甄别，中子探头10的甄别阈值为1500mV，经过甄别的信号进入到计数器33进行准确计数，输入控制器34。控制器34通过操作界面进行数据处理、显示、存储和报警等控制，数据通过显示器35显示；低压电源37分别与中子探头10、放大器31、甄别器32、计数器33、控制器34、显示器35、高压电源36连接供电，低压电源37为14V可反复充电式的锂电池。高压电源36与中子探头10连接供电，提供900V电压。
通过相应的实验测量，在241Am-Be源下，测得的中子注量率灵敏度为10-15cps/(μSv.h-1)，能正确测定天然本底中子水平。由于采用4-8cm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-14MeV响应平坦，且仪器重量4-5kg，便于携带，实现了灵敏度高和便携的优点。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高灵敏度中子探测器，其特征在于，它包括中子探头、中子慢化体及控制系统；所述中子探头的信号输出端与所述控制系统的信号输入端连接，所述中子探头设置在所述中子慢化体中，所述中子探头设置有6LiI(Eu)闪烁晶体制成的中子探测元件。
2.如权利要求1所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述中子探头由屏蔽外壳、中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路构成，所述中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路设置在所述屏蔽外壳内，所述中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路互相依次连接，所述前置放大电路的输出端与所述控制系统的信号输入端连接。
3.如权利要求2所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述光电转换器为光电倍增管。
4.如权利要求1所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述控制系统由放大器、甄别器、计数器、控制器、显示器、高压电源和低压电源构成，所述放大器的信号输入端与所述中子探头的信号输出端连接，所述放大器的信号输出端依次连接甄别器、计数器和控制器，所述显示器与控制器连接，所述低压电源分别与中子探头、放大器、甄别器、计数器、控制器、显示器和高压电源连接，所述高压电源与所述中子探头连接。
5.如权利要求4所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述低压电源为14V可反复充电式的锂电池。
6.如权利要求1所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述中子慢化体为高密度聚乙烯加工而成的中子慢化体。
7.如权利要求6所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述中子慢化体的前部为类圆台状，后部为柱形。
8.如权利要求6所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述中子慢化体的外表面到内表面之间的距离相等。
9.如权利要求1所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述中子慢化体的厚度为4-8cm。
10.如权利要求1所述的高灵敏度中子探测器，其特征在于，所述中子探头设置在所述中子慢化体的几何中心。
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