CN206362944U - 用于快中子成像的探测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种用于快中子成像的探测系统。该系统包括：探测器，用于使快中子入射到探测器中，从而所述快中子与所述探测器中1H原子核发生一次弹性散射，其中所述一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，所述散射中子在探测器中发生二次作用，所述反冲质子在所述探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，所述探测器包括时间投影室；信号响应模块；信号获取模块；中子模块；以及成像模块。本申请公开的用于快中子成像的探测系统，能够提高特殊核材料监测中对快中子监测的精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及核技术应用领域，具体而言，涉及一种用于快中子成像探测系统。
背景技术
特殊核材料(Special Nuclear Material，SNM)包括可用作核反应堆燃料的铀、钚等核裂变材料，对SNM的监测和防护在国土安全领域是一项巨大的挑战。为防止恐怖分子利用SNM发动恐怖袭击，保护人民群众的生命财产安全和保护环境不受污染，对SNM的监测十分重要。目前，对SNM的监测主要分为两种手段。一是通过对SNM发出的特征伽马射线进行检测，进而进行SNM的监测；二是通对SNM发出的快中子进行监测，进而进行SNM的监测。对SNM发出的快中子的监测由于和天然放射性物质的本底，以及其他放射源有着显著的区别，可以有效的对SNM进行监测。
由于快中子与物质的作用截面小，对它的探测主要有两种手段。一是将其慢化成热中子进行探测。但在慢化之后，快中子的能量、方向信息损失殆尽，这对SNM监测是极为不利的。二是利用快中子与1H原子核的弹性碰撞，测量反冲质子和/或散射中子得到快中子的信息。现有技术中，对于第二种探测方法，常用的进行快中子成像的方法有如下几种：使用液体闪烁体阵列进行快中子散射成像，使用塑料闪烁体阵列进行快中子散射成像，使用编码板进行快中子成像。使用液体闪烁体阵列进行快中子散射成像的方法，快中子重建精度不高。使用塑料闪烁体阵列进行快中子散射成像的方法，在中子和伽马射线的甄别能力方面鉴别度不高，存在伽马射线本底的干扰。使用编码板进行快中子成像，在测试中对于入射快中子的方向有限定要求。
因此，需要一种新的用于快中子成像的探测系统。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种用于快中子成像的探测系统，能够提高特殊核材料监测中，对快中子监测的精度。
本实用新型的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本实用新型的实践而习得。
根据本实用新型的一方面，提出一种用于快中子成像的探测系统，其特征在于，包括：
探测器，用于使快中子入射到探测器中，从而快中子与探测器中1H原子核发生一次弹性散射，其中一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，散射中子在探测器中发生二次作用，反冲质子在探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，探测器包括时间投影室；
信号响应模块，用于获取电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；
信号获取模块，用于通过响应信号，获取电子的漂移时间、坐标以及数量；
中子模块，用于获取散射中子的信息；以及
成像模块，用于通过散射中子的信息、电子的漂移时间、坐标以及数量，进行快中子的成像。
在本公开的一种示例性实施例中，中子模块，包括：
中子信息子模块，用于通过探测器获取的一次弹性散射和二次作用发生的位置、沉积的能量，进而获取散射中子的信息。
在本公开的一种示例性实施例中，成像模块还包括：
拟合子模块，用于通过电子的漂移时间与坐标，获得反冲质子的运动方向。
在本公开的一种示例性实施例中，成像模块还包括：
质量子模块，用于通过电子的数量获取反冲质子的能量。
在本公开的一种示例性实施例中，时间投影室包括：中子转换体。
在本公开的一种示例性实施例中，时间投影室包括：多层中子转换体阵列。
在本公开的一种示例性实施例中，探测器还包括：闪烁体阵列。
在本公开的一种示例性实施例中，探测器还包括：塑料光纤。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：
第一信息模块，用于在快中子与1H原子核在探测器中产生一次弹性散射情况下，通过获取第一预定数量的一次弹性散射事例进行快中子成像。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：
第二信息模块，用于在快中子与1H原子核在探测器中产生二次作用情况下，通过获取第二预定数量的二次作用事例进行快中子成像。
根据本实用新型的用于快中子成像的探测系统，能够提高特殊核材料监测中，对快中子监测的精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本实用新型的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统中探测器的示意图
图5是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统中探测器的示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统中探测器的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的，因此不能用于限制本实用新型的保护范围。
应清楚地理解，本实用新型描述了如何形成和使用特定示例，但本实用新型的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本实用新型公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。
其中探测器102用于使快中子入射到探测器中，从而快中子与探测器中质子发生一次弹性散射和/或二次作用，以产生散射中子和反冲质子，反冲质子形成电子和阳离子，探测器包括时间投影室。
信号响应模块104用于获取所述电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；
信号获取模块106用于通过响应信号，获取电子的漂移时间、坐标以及数量。
中子模块108用于获取所述散射中子的信息。以及
成像模块110用于通过电子的漂移时间、坐标以及数量，进行快中子的成像。
根据本实用新型的用于快中子成像的探测系统，通过探测器获得与入射的快中子进行弹性散射的反冲质子的能量和方向，进而对入射的快中子进行成像的方式，能够提高特殊核材料监测中，对快中子能量以及方向重建的精度。
图2是根据另一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。图2是对图1中，中子模块108与成像模块110的示例性描述。
其中，中子信息子模块1082用于通过探测器获取的一次弹性散射和二次作用发生的位置、沉积的能量，进而获取散射中子的信息。
拟合子模块1102用于通过电子的漂移时间与坐标，获得反冲质子的运动方向。以及
质量子模块1104用于通过电子的数量获取反冲质子的能量。
根据另一些实施例，本实用新型的用于快中子成像的探测系统，在入射的快中子与质子进行二次作用的情况下，获取反冲质子的能力和方向，进而进行快中子成像的方式，能够在快中子成像中，获得更高的角度分辨率。
图3是根据另一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统的框图。
其中探测系统还可例如包括：第一信息模块302用于在快中子与1H原子核在探测器中产生一次弹性散射情况下，通过获取第一预定数量的一次弹性散射事例进行快中子成像。
第二信息模块304用于在快中子与1H原子核在探测器中产生二次作用情况下，通过获取第二预定数量的二次作用事例进行快中子成像。
图4是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统中探测器的示意图。如图4所示，在本实施例中，可例如，TPC使用3层GEM探测器倍增放大。还可例如，TPC使用Micomegas、THGEM、多丝室或其他方式倍增放大。可例如，TPC使用Ar/C2H6(50/50)为工作气体。本实用新型不以此为限。可例如，TPC的读出面积大小为100mm×100mm。读出面积亦可为其他尺寸或者圆盘形等其他形状。可例如，TPC的读出pad大小为1mm×1mm的正方形。读出pad亦可为其他尺寸甚至三角形、六边形甚至二维条读出，本实用新型不以此为限。可例如TPC内加入了1层高密度聚乙烯作为中子转换体，其厚度为1mm，垂直于读出平面，由4片组成，构成边长为90mm的正方形。还可例如，TPC内加入多层中子转换体阵列，而中子转换体亦可为聚丙烯等其他材料，亦可为其他尺寸，亦可放置在TPC中的其他位置，亦可不加入多层中子转换体。在本实施例中，可例如，入射中子的方向为4π方向，还可例如，入射中子方向平行于TPC探测器的漂移方向。TPC探测器还包括高压供电、分压电路，其为探测器的各电极提供工作电压。
图5是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统中探测器的示意图。TPC探测器的内部结构与图4相同，在此不再赘述。在本实施例中，探测器还包括：闪烁体阵列。可例如，闪烁体为具有n/γ的脉冲形状甄别(PSD)能力的液体闪烁体EJ-301。还可例如，使用其他液体闪烁体或塑料闪烁体，本实用新型不以此为限。可例如，闪烁体阵列位于TPC漂移方向的两端，两个阵列分别包括8个直径5cm，高度10cm的闪烁体。每个闪烁体距TPC的中心在漂移方向上相距50cm，在直径方向上相距25cm。
图6是根据一示例性实施例示出的一种用于快中子成像的探测系统中探测器的示意图。在本实施例中，探测器还包括：塑料光纤。图6右侧所示的TPC探测器实际位置在左侧圆柱体的中心，图中大小仅为示意，并不代表真实比例。图6中的TPC探测器的内部结构与图4相同，在此不再赘述。可例如，塑料光纤选择直径为1mm的BCF-91A光纤。本实用新型不以此为限。塑料光纤紧密缠绕在TPC探测器的外壳上，该外壳的尺寸为直径30cm。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本实用新型示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本实用新型实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本实用新型实施例的方法。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本实用新型实施例的用于快中子成像的探测系统具有以下优点中的一个或多个。
根据一些实施例，本实用新型的用于快中子成像的探测系统，通过探测器获得与入射的快中子进行弹性散射的反冲质子的能量和方向，进而对入射的快中子进行成像的方式，能够提高特殊核材料监测中，对快中子能量以及方向重建的精度。
根据另一些实施例，本实用新型的用于快中子成像的探测系统，在入射的快中子与质子进行二次作用的情况下，获取反冲质子的能力和方向，进而进行快中子成像的方式，能够在快中子成像中，获得更高的角度分辨率。
以上具体地示出和描述了本实用新型的示例性实施例。应可理解的是，本实用新型不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本实用新型意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
此外，本说明书说明书附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均应仍落在本公开所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「第一」、「第二」及「一」等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本实用新型可实施的范畴。
Claims (10)
1.一种用于快中子成像的探测系统，其特征在于，包括：
探测器，用于使快中子入射到探测器中，从而所述快中子与所述探测器中1H原子核发生一次弹性散射，其中所述一次弹性散射产生散射中子和反冲质子，所述散射中子在探测器中发生二次作用，所述反冲质子在所述探测器灵敏介质中产生电子和阳离子，所述探测器包括时间投影室；
信号响应模块，用于获取所述电子在电场作用下到达预定位置的响应信号；
信号获取模块，用于通过所述响应信号，获取所述电子的漂移时间、坐标以及数量；
中子模块，用于获取所述散射中子的信息；以及
成像模块，用于通过所述散射中子的信息、所述电子的所述漂移时间、所述坐标以及所述数量，进行所述快中子的成像。
2.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述中子模块，包括：
中子信息子模块，用于通过所述探测器获取的所述一次弹性散射和所述二次作用发生的位置、沉积的能量，进而获取所述散射中子的信息。
3.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述成像模块还包括：
拟合子模块，用于通过所述电子的所述漂移时间与所述坐标，获得所述反冲质子的运动方向。
4.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述成像模块还包括：
质量子模块，用于通过所述电子的所述数量获取所述反冲质子的能量。
5.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述时间投影室包括：中子转换体。
6.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述时间投影室包括：多层中子转换体阵列。
7.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述探测器还包括：闪烁体阵列。
8.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述探测器还包括：塑料光纤。
9.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，还包括：
第一信息模块，用于在所述快中子与所述1H原子核在所述探测器中产生一次弹性散射情况下，通过获取第一预定数量的所述一次弹性散射事例进行所述快中子成像。
10.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，还包括：
第二信息模块，用于在所述快中子与所述1H原子核在所述探测器中产生二次作用情况下，通过获取第二预定数量的所述二次作用事例进行所述快中子成像。
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| CN110361773A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-10-22 | 中国辐射防护研究院 | 一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法 |
| CN112526576A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 苏州大学 | 眼晶状体剂量测量装置及方法 |
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