CN210894721U - 一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，所述中子能谱测量装置包括PCB电路板、安装于所述PCB电路板上的塑料闪烁体以及位于所述塑料闪烁体两侧的多像素光子计数器；所述PCB电路板上设置有电路，所述塑料闪烁体表面依次包覆有反光层与避光层，所述多像素光子计数器包括光接收灵敏面与读出电极面，所述光接收灵敏面采用耦合剂与所述塑料闪烁体耦合，所述读出电极面与所述PCB电路板电性连接。本实用新型结构简单，便于探测器的组装，将多像素光子计数器、塑料闪烁体嵌入同一块PCB电路板，大大增加了探测器的稳定性，保证检测精度。
Description
技术领域
本实用新型属于中子探测技术领域，尤其涉及一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置。
背景技术
塑料闪烁体由于其快的时间响应常用于快时间或高脉冲分辨率要求的测量。中子本身不带电，不能产生电离或激发，所以不能被探测器直接探测。中子的探测需要利用中子与探测器探头中的探测介质发生某些核作用(包括核反应、核裂变或核反冲)所产生的次级粒子进行测量。传统的方法是塑料闪烁体与光电倍增管进行耦合，将中子与塑料闪烁体作用产生的荧光进行光电转换，转换成脉冲的电信号。通过对电信号进行开始时间的定时能够得到触发开始时间。中子飞行一段时间之后，再利用另外一组探测器进行测量，得到飞行的停止时间。通过距离、飞行时间得到了中子的速度，进而得到中子的能量信息。通常的中子的飞行时间测量中采用了EJ200或者BC408这种常用的塑料闪烁体，这种塑料闪烁体的上升时间和衰减时间分别为0.9ns和2.1ns。另外，光电转化器件通常采用光电倍增管。传统光电倍增管体积比较大、易碎、高工作电压、对磁场的敏感性以及制造工艺复杂等缺点，面临测量范围局限、携带困难及受测量环境影响大等问题。另外，传统光电倍增管受到光电子产生、倍增以及传输的影响，时间性能受到很大的限制。
目前对于中子飞行时间测量常用的测量方法有：电子计数法、模拟内插法、时间幅度转化法、脉冲波形数字化方法。但是，电子计数法时间测量精度有限；模拟内插法电路实现困难，且持续测量能力较差；时间幅度转化测量范围较小，均无法快速、精准地对中子的飞行时间进行检测。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，以解决现有技术中存在的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，所述中子能谱测量装置包括PCB电路板、安装于所述PCB电路板上的塑料闪烁体以及位于所述塑料闪烁体两侧的多像素光子计数器；所述PCB电路板上设置有电路，所述塑料闪烁体表面依次包覆有反光层与避光层，所述多像素光子计数器包括光接收灵敏面与读出电极面，所述光接收灵敏面采用耦合剂与所述塑料闪烁体耦合，所述读出电极面与所述PCB电路板电性连接。
本实用新型一个较佳实施例中，所述中子能谱测量装置还包括外框，所述PCB电路板固定于所述外框内。
本实用新型一个较佳实施例中，所述中子能谱测量装置还包括定位法兰，所述定位法兰数量为两个且能够对所述塑料闪烁体进行定位。
本实用新型一个较佳实施例中，所述定位法兰上设置有开口，所述多像素光子计数器位于所述开口内。
本实用新型一个较佳实施例中，所述反光层为铝膜，所述避光层的黑色胶带。
本实用新型一个较佳实施例中，所述耦合剂为光学硅脂。
本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果：
本实用新型采用塑料闪烁体以及多像素光子计数器进行耦合，塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固溶体，通常由基质闪烁物质及移波剂组成，可用于α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线等探测，易于加工成各种形状，具有不潮解、制作简单、价格低廉、性能稳定、耐辐射、闪烁时间短等优点，并且具有机械强度高、耐震动、耐冲击、不需要封装、避光保存8-10年发光效率无明显变化，塑料闪烁体与多像素光子计数器之间通常选用光学硅脂进行光学耦合，并用铝膜以及黑胶带包裹避光，同时本实用新型的中子能谱测量装置结构简单，便于探测器的组装，将多像素光子计数器、塑料闪烁体嵌入同一块PCB电路板，大大增加了探测器的稳定性，保证检测精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
图1为本实用新型优选实施例的整体结构示意图；
图2为本实用新型优选实施例多像素光子计数器的读出电路图；
图中：1、PCB电路板；2、塑料闪烁体；3、多像素光子计数器；4、外框；5、定位法兰。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示，一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，中子能谱测量装置包括PCB电路板1、安装于PCB电路板1上的塑料闪烁体2以及位于塑料闪烁体2两侧的多像素光子计数器3；PCB电路板1上设置有电路，塑料闪烁体2表面依次包覆有反光层与避光层，多像素光子计数器3包括光接收灵敏面与读出电极面，光接收灵敏面采用耦合剂与塑料闪烁体2耦合，读出电极面与PCB电路板1电性连接。
在本实施例中，当中子入射到塑料闪烁体2上时，会产生光子，而光子在塑料闪烁体2内会散射到多像素光子计数器3的光接收灵敏面上，由光接收灵敏面对光子进行接收，接收后，由多像素光子计数器3的读出电极面将光子的电信号输出，经过PCB电路板1上的电路进行信号的放大，而由于多像素光子计数器3数量为两个，故而能够输出两组电信号，这两组电信号之间的时间差即代表了中子的能量信息，将两组电信号输入到数据采集系统内，能够对中子的飞行时间进行测量，最终得到中子的能谱。
在本实施例中，塑料闪烁体2的型号为EJ230,多像素光子计数器3相较于传统的光电倍增管具有更好的时间性能，更加接近于光速的相应。
如图2所示，光子进行电信号输出时，信号读出采用与电流灵敏前放交流耦合的方式，其中，R4与C6对高压电源进行滤波，多像素光子计数器3的电流信号通过R5转变为电压信号通过电容C7与电流灵敏前放相耦合。
设计电流灵敏前放时，核心部件运算放大器选择美国TI公司生产的OPA656，其具有高增益稳定带宽。根据塑闪的时间特性，电阻R1与反馈电容C1之积应当与塑闪的发光时间相当，以响应核事件所带来的快信号，分别选择100Ω与1pF。陶瓷电容C2与钽电容C4并联，陶瓷电容C2与钽电容C4并联，对正负供电电源进行滤波，大电容C4、C5滤除低频噪声，小电容C2、C3滤除高频噪声。信号输出端的50Ω电阻用作阻抗匹配，与外接50Ω内阻的同轴电缆相连。
进一步地，中子能谱测量装置还包括外框4，PCB电路板1固定于外框4内，外框4能够对PCB电路板1进行固定。
在本实施例中，中子能谱测量装置还包括定位法兰5，定位法兰5数量为两个且能够对塑料闪烁体2进行定位。
进一步地，定位法兰5上设置有开口，多像素光子计数器3位于开口内。
具体地，反光层为铝膜，避光层的黑色胶带，本实施例中通过铝膜对多像素光子计数器3以及塑料闪烁体2进行包裹，实验过程中需要保证探测器对射线的衰减率一致，用20微米厚的铝膜，将较为平的一面面对晶体和多像素光子计数器3方向包裹一层，同样保证铝膜重合部分较少。这步中保证铝膜不能与多像素光子计数器3的引出金属线不接触，以防短路。第一层采用铝膜覆盖，覆盖之后的塑料闪烁体2用黑色胶带进行封装，保证不透光。
进一步地，耦合剂为光学硅脂，光学硅脂作为耦合剂的好处为能够将两种透射率不同的物质连接起来，并且保证耦合面之间没有空气泡，增加光的透过率。
总而言之，本实用新型采用塑料闪烁体2以及多像素光子计数器3进行耦合，塑料闪烁体2是有机闪烁物质在塑料中的固溶体，通常由基质闪烁物质及移波剂组成，可用于α、β、γ、快中子、质子、宇宙射线等探测，易于加工成各种形状，具有不潮解、制作简单、价格低廉、性能稳定、耐辐射、闪烁时间短等优点，并且具有机械强度高、耐震动、耐冲击、不需要封装、避光保存8-10年发光效率无明显变化，塑料闪烁体2与多像素光子计数器3之间通常选用光学硅脂进行光学耦合，并用铝膜以及黑胶带包裹避光，同时本实用新型的中子能谱测量装置结构简单，便于探测器的组装，将多像素光子计数器3、塑料闪烁体2嵌入同一块PCB电路板1，大大增加了探测器的稳定性，保证检测精度。
以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (6)
1.一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，其特征在于，所述中子能谱测量装置包括PCB电路板、安装于所述PCB电路板上的塑料闪烁体以及位于所述塑料闪烁体两侧的多像素光子计数器；所述PCB电路板上设置有电路，所述塑料闪烁体表面依次包覆有反光层与避光层，所述多像素光子计数器包括光接收灵敏面与读出电极面，所述光接收灵敏面采用耦合剂与所述塑料闪烁体耦合，所述读出电极面与所述PCB电路板电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，其特征在于，所述中子能谱测量装置还包括外框，所述PCB电路板固定于所述外框内。
3.根据权利要求1所述的一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，其特征在于，所述中子能谱测量装置还包括定位法兰，所述定位法兰数量为两个且能够对所述塑料闪烁体进行定位。
4.根据权利要求3所述的一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，其特征在于，所述定位法兰上设置有开口，所述多像素光子计数器位于所述开口内。
5.根据权利要求1所述的一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，其特征在于，所述反光层为铝膜，所述避光层的黑色胶带。
6.根据权利要求1所述的一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置，其特征在于，所述耦合剂为光学硅脂。
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| CN201921869713.6U CN210894721U (zh) | 2019-11-01 | 2019-11-01 | 一种基于飞行时间方法的中子能谱测量装置 |
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2019
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