CN201662623U - 一种便携式中子-伽玛能谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式中子-伽玛能谱仪，能谱仪包括外壳，设置在外壳中的中子探头、伽玛探头、中子慢化体和控制系统，中子探头设置在中子慢化体中，中子探头和伽玛探头平行放置，中子探头和伽玛探头的信号输出端分别与对中子探头和伽玛探头的信号进行处理的控制系统的信号输入端连接，所述中子探头设置有6LiI(Eu)闪烁晶体制成的中子探测元件，所述伽玛探头设置有氟溴化镧闪烁晶体制成的伽玛探测元件。本实用新型提供的便携式中子-伽玛能谱仪解决现有的辐射检测仪功能所存在的不足，对中子及伽玛射线响应灵敏，便携，可准确测量环境周围辐射水平，分辨率高，能准确快速检测伽玛射线并进行放射性核素的识别。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能谱仪，特别是涉及一种应用于安保、个人防护、环境辐射监测、核科学及核医学研究领域的功能齐全且携带方便的便携式中子-伽玛能谱仪。
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伽玛和中子射线的辐射，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，各种伽玛射线能谱和中子射线的探测有着巨大的需求。
在防止放射性物质非法运输，事故中寻找失控放射源，反核恐怖事件，环境监测和安保监测中，需要可携式辐射检测仪能同时检测中子射线和各种伽玛射线能谱，并准确快速地确认放射源和放射污染种类和污染程度等，为制定防护计划、决策防护行动提供基本数据。
当前辐射检测仪主要有各种中子或伽玛个人剂量计、中子剂量当量仪及便携式伽玛能谱仪，他们主要存在的问题是中子个人剂量计的中子检测灵敏度太低，一旦离开身体后几乎没有什么计数；中子剂量当量仪由于其慢化体体积大且笨重，难于便携；便携式伽玛能谱仪只能测伽玛射线并进行核素识别，不能同时检测中子。
目前，便携式伽玛能谱仪多采用NaI闪烁晶体，实现伽玛探测及核素识别。NaI具有高的光输出，但是密度较低，对γ射线探测效率相对较低，能量分辨率比较低(对662kev，8％左右)，另外它的余辉现象使得其单光子计数率较低。采用高纯锗半导体的伽玛能谱仪，能量分辨率高，探测准确程度高，但价格昂贵，使用不便(需制冷，体积庞大)。溴化镧闪烁晶体(LaBr3:Ce)是21世纪初被发现的晶体，它具有高光输出、快衰减、好的能量分辨率(对662kev，3％左右)等特点，已有部分核素识别仪产品使用溴化镧晶体。但溴化镧晶体极易潮解，晶体表面一旦与水汽接触便迅速溶解，给晶体加工、性能研究和实际应用带来较大难度。氟溴化镧闪烁晶体[(1-a-b)LaBr3·aCeBr3·bLaF3]是新出现的溴化稀土闪烁材料，它克服了现有溴化镧闪烁晶体材料极易潮解，从而产生晶体加工和处理困难的缺陷，具有良好的抗潮解性能同时仍然具有高光输出、快衰减和较好的能量分辨率(与溴化镧晶体相当)。
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，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，目前在环境监测、放射源搜寻和安保检测中应用的辐射检测仪存在着检测不准确、难于便携或功能不足的缺点。
因此，特别需要一种辐射检测仪，对中子及伽玛射线响应灵敏，分辨率高，便携，能准确快速检测中子射线及各种伽玛射线能谱并进行放射性核素的识别的辐射检测仪，用于安保、个人防护、环境辐射监测、核科学及核医学研究领域。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种便携式中子-伽玛能谱仪，该便携式中子-伽玛能谱仪既能用以检测伽玛射线，又能用以检测中子射线，且具有便于携带的优点。
本实用新型的目的还在于提供一种便携式中子-伽玛能谱仪，以解决现有的辐射检测仪功能所存在的不足，对中子及伽玛射线响应灵敏，分辨率高，便携，可准确测量环境周围辐射水平，分辨率高，能准确快速检测伽玛射线并进行放射性核素的识别。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述能谱仪包括外壳，设置在外壳中的中子探头、伽玛探头、中子慢化体和控制系统，所述中子探头设置在中子慢化体中，所述中子探头和伽玛探头平行放置，所述中子探头和伽玛探头的信号输出端分别与对中子探头和伽玛探头的信号进行处理的控制系统的信号输入端连接，所述中子探头设置有6LiI(Eu)闪烁晶体制成的中子探测元件，所述伽玛探头设置有氟溴化镧闪烁晶体制成的伽玛探测元件。
在本实用新型的一个实施例中，所述中子探头由中子屏蔽外壳、中子探测元件、中子光导、中子光电倍增管和中子前置放大电路构成，所述中子探测元件、中子光导、中子光电倍增管和中子前置放大电路设置在所述中子屏蔽外壳内，所述中子探测元件的输出端与中子光导的输入端连接，中子光导的输出端与中子光电倍增管的输入端连接，中子光电倍增管的输出端与中子前置放大电路的输入端连接，中子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。
在本实用新型的一个实施例中，所述伽玛探头由伽玛屏蔽外壳、伽玛探测元件、伽玛光导、伽玛光电倍增管和伽玛前置放大电路构成，所述伽玛探测元件、伽玛光导、伽玛光电倍增管和伽玛前置放大电路设置在所述伽玛屏蔽外壳内，所述伽玛探测元件的输出端与伽玛光导的输入端连接，伽玛光导的输出端与伽玛光电倍增管的输入端连接，伽玛光电倍增管的输出端与伽玛前置放大电路的输入端连接，所述伽玛前置放大电路的输出端所述控制系统的信号输入端连接。
在本实用新型的一个实施例中，所述中子探头设置在中子慢化体的几何中心，中子慢化体的前部为类圆台状，后部为柱形，所述中子慢化体的外表面到内表面之间的距离相等。所述距离为2-8cm，优选距离为5cm。
在本实用新型的一个实施例中，所述控制系统由第一放大器、第二放大器、甄别器、计数器、多道脉冲幅度分析器、控制器、显示器、第一高压电源、第组高压电源和低压电源构成，所述低压电源为14V可反复充电式的锂电池，所述第一放大器的信号输入端与所述中子探头的信号输出端连接，所述第二放大器的信号输入端与所述伽玛探头的信号输出端连接，所述中子探头信号经第一放大器的信号输出端依次连接甄别器、计数器和控制器，所述伽玛探头信号经第二放大器的输出端依次连接多道脉冲幅度分析器和控制器，所述显示器与所述控制器连接，所述低压电源分别与所述中子探头、伽玛探头、第一高压电源、第二高压电源、第一放大器、第二放大器、甄别器、计数器、多道脉冲幅度分析器、控制器和显示器连接，所述第一高压电源与所述中子探头连接，所述第二高压电源和伽玛探头连接。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的便携式中子-伽玛能谱仪具有以下优点：本实用新型的便携式中子-伽玛能谱仪，采用氟溴化镧闪烁晶体作为伽玛探测元件，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，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，分辨率高；中子慢化体的厚度在2-8cm之间，仪器便于携带，可准确测量环境周围辐射水平，能准确快速检测伽玛射线并进行放射性核素的识别，为国内事故应急响应、边境控制、海关检测、核电站安全防护及核科学及核医学研究等领域提供新的安全保障，有良好的社会和经济效益，为安保、个人防护和环境辐射监测技术领域提供了一种全新的选择。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的中子探头内部结构示意图；
图3为本实用新型的伽玛探头内部结构示意图；
图4为本实用新型的中子慢化体剖面结构的示意图；
图5为本实用新型的控制系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。图1为本实用新型的整体结构示意图，如图1所示，本实用新型包括外壳1，设置在外壳1中的中子探头10、伽玛探头20、中子慢化体30和控制系统40，中子探头10设置在中子慢化体30中，为了避免干扰，使结果精确，中子探头10和伽玛探头20平行放置，中子探头10和伽玛探头20的信号输出端分别与对中子探头10和伽玛探头20的信号进行处理的控制系统40的信号输入端连接。
图2为本实用新型的中子探头内部结构示意图，如图2所示，本实用新型的中子探头10由中子屏蔽外壳11、中子探测元件12、中子光导13、中子光电倍增管14和中子前置放大电路15构成，中子探测元件12、中子光导13、中子光电倍增管14和中子前置放大电路15设置在所述中子屏蔽外壳11内，中子探测元件12的输出端与中子光导13的输入端连接，中子光导13的输出端与中子光电倍增管14的输入端连接，中子光电倍增管14的输出端与中子前置放大电路15的输入端连接，中子前置放大电路15的输出端与所述控制系统40的信号输入端连接。
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，中子屏蔽外壳11采用铝制的屏蔽外壳。
图3为本实用新型的伽玛探头内部结构示意图，如图3所示，本实用新型的伽玛探头20由伽玛屏蔽外壳21、伽玛探测元件22、伽玛光导23、伽玛光电倍增管24和伽玛前置放大电路25构成，伽玛探测元件22、伽玛光导23、伽玛光电倍增管24和伽玛前置放大电路25设置在所述伽玛屏蔽外壳21内，伽玛探测元件22的输出端与伽玛光导23的输入端连接，伽玛光导23的输出端与伽玛光电倍增管24的输入端连接，伽玛光电倍增管24的输出端与伽玛前置放大电路25的输入端连接，伽玛前置放大电路25的输出端所述控制系统40的信号输入端连接。
在本实施例中，伽玛探头20中的中子探测元件22采用氟溴化镧闪烁晶体，化学组成为0.975LaBr3·0.005CeBr3·0.02LaF3，伽玛屏蔽外壳21采用铝制的屏蔽外壳。
图4为本实用新型的中子慢化体剖面结构的示意图，中子探头10设置在中子慢化体30的几何中心，中子慢化体30为高密度聚乙烯加工而成的中子慢化体，中子慢化体30的前部为类圆台状，后部为柱形，中子慢化体30的外表面到内表面之间的距离相等，即中子慢化体30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30的厚度可选2-8cm，一般选5cm。
在本实施例中，中子探头10的中子光电倍增管14和伽玛探头20的伽玛光电倍增管24分别为北京滨松CR125和CR161-01光电倍增管；中子探头10由一英寸6LiI(Eu)闪烁晶体(Φ25.4×5mm)耦合光电倍增管CR125组成，伽玛探头20由一英寸的氟溴化镧闪烁晶体(Φ25.4×25.4mm)耦合光电倍增管CR161-01组成，中子探头10和伽玛探头20分别测试中子和伽玛混合场下的各自的辐射水平，并通过注量和剂量当量转换后求得各自剂量，伽玛探头后面接多道分析器，测量辐射的同时进行核素识别。
图5为本实用新型的控制系统结构框图，如图5所示，控制系统40由第一放大器41、第二放大器42、甄别器43、计数器44、多道脉冲幅度分析器45、控制器46、显示器47、第一高压电源48、第二高压电源49和低压电源40构成，第一放大器41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输出来的信号经过第一放大器41放大后，再进入到甄别器43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44进行准确计数，输入控制器46。第二放大器42的信号输入端连接伽玛探头20的信号输出端，从伽玛探头20输出来的信号经过第二放大器42放大后，再进入到多道脉冲幅度分析器45进行能谱测量，计数和核素识别后，输入控制器46，控制器46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47显示；低压电源410分别与中子探头10、伽玛探头20、第一放大器41、第二放大器42、甄别器43、计数器44、多道脉冲幅度分析器45、控制器46、显示器47、第一高压电源48、第二高压电源49连接供电，低压电源40为14V可反复充电式的锂电池。第一高压电源48与中子探头10连接，提供950V电压，第二高压电源49与伽玛探头20连接，提供1000V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2cps/(μSv·h-1)，在137Cs源下，测得的伽玛灵敏度为400CPS/(μSv·h-1)，能量分辨率达到3.5％，仪器重量2.5kg，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 (8)
1.一种便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述能谱仪包括外壳(1)，设置在外壳(1)中的中子探头(10)、伽玛探头(20)、中子慢化体(30)和控制系统(40)，所述中子探头(10)设置在中子慢化体(30)中，所述中子探头(10)和伽玛探头(20)平行放置，所述中子探头(10)和伽玛探头(20)的信号输出端分别与对中子探头(10)和伽玛探头(20)的信号进行处理的控制系统(40)的信号输入端连接，所述中子探头设置有6LiI(Eu)闪烁晶体制成的中子探测元件，所述伽玛探头设置有氟溴化镧闪烁晶体制成的伽玛探测元件。
2.根据权利要求1所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述中子探头(10)由中子屏蔽外壳(11)、中子探测元件(12)、中子光导(13)、中子光电倍增管(14)和中子前置放大电路(15)构成，所述中子探测元件(12)、中子光导(13)、中子光电倍增管(14)和中子前置放大电路(15)设置在所述中子屏蔽外壳(11)内，所述中子探测元件(12)的输出端与中子光导(13)的输入端连接，中子光导(13)的输出端与中子光电倍增管(14)的输入端连接，中子光电倍增管(14)的输出端与中子前置放大电路(15)的输入端连接，中子前置放大电路(15)的输出端与所述控制系统(40)的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述伽玛探头(20)由伽玛屏蔽外壳(21)、伽玛探测元件(22)、伽玛光导(23)、伽玛光电倍增管(24)和伽玛前置放大电路(25)构成，所述伽玛探测元件(22)、伽玛光导(23)、伽玛光电倍增管(24)和伽玛前置放大电路(25)设置在所述伽玛屏蔽外壳(21)内，所述伽玛探测元件(22)的输出端与伽玛光导(23)的输入端连接，伽玛光导(23)的输出端与伽玛光电倍增管(24)的输入端连接，伽玛光电倍增管(24)的输出端与伽玛前置放大电路(25)的输入端连接，所述伽玛前置放大电路(25)的输出端所述控制系统(40)的信号输入端连接。
4.根据权利要求1所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述中子探头(10)设置在中子慢化体(30)的几何中心，中子慢化体(30)的前部为类圆台状，后部为柱形，所述中子慢化体(30)的外表面到内表面之间的距离相等。
5.根据权利要求1所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述控制系统(40)由第一放大器(41)、第二放大器(42)、甄别器(43)、计数器(44)、多道脉冲幅度分析器(45)、控制器(46)、显示器(47)、第一高压电源(48)、第二高压电源(49)和低压电源(410)构成，所述第一放大器(41)的信号输入端与所述中子探头(10)的信号输出端连接，所述第二放大器(42)的信号输入端与所述伽玛探头(20)的信号输出端连接，所述中子探头(10)信号经第一放大器(41)的信号输出端依次连接甄别器(43)、计数器(44)和控制器(46)，所述伽玛探头(20)信号经第二放大器(42)的输出端依次连接多道脉冲幅度分析器(45)和控制器(46)，所述显示器(47)与所述控制器(46)连接，所述低压电源(410)分别与所述中子探头(10)、伽玛探头(20)、第一高压电源(48)、第二高压电源(49)、第一放大器(41)、第二放大器(42)、甄别器(43)、计数器(44)、多道脉冲幅度分析器(45)、控制器(46)和显示器(47)连接，所述第一高压电源(48)与所述中子探头(10)连接，所述第二高压电源(49)和伽玛探头(20)连接。
6.根据权利要求5所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述低压电源(410)为14V可反复充电式的锂电池。
7.根据权利要求4所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述距离为2-8cm。
8.根据权利要求7所述的便携式中子-伽玛能谱仪，其特征在于：所述距离为5cm。
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