CN213633848U - 一种中子-γ射线联合探测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种中子‑γ射线联合探测装置及中子‑γ射线联合探测方法，所述的探测装置包括真空腔外壳、中子测量单元和γ射线测量单元，本实用新型的探测方法通过从中子测量单元输出的混合信号中扣除γ射线测量单元输出的γ信号，得到净中子信号。本实用新型可实现中子、γ混合辐射场中中子和γ射线的联合测量，即利用一个探测器，同时实现中子和γ射线的测量。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源-核电领域，具体属于聚变能源和第四代裂变能源的研究领域。本实用新型具体涉及一种中子-γ射线联合探测装置及方法。
背景技术
聚变能源装置如激光ICF、Z-pinch以及第四代裂变能源如快中子反应堆、高温气冷堆等大型装置，会产生中子、γ混合辐射场，中子、γ射线探测是支持相关新能源研究的重要手段。现有的探测方法只能对中子、γ射线分别进行探测，由于探测器通常对中子、γ射线均有输出，因此测量其中一种射线时，另一种即成为需要被抑制的噪音。
期刊论文Radiation Measurements 73(2015)46-50公开了一种“裂变-电子收集”中子探测器，其工作原理为：中子与八氧化三铀涂层中的铀发生核裂变反应并产生裂变碎片，裂变碎片在涂层中运动产生次级电子，部分次级电子从涂层表面飞出到达收集电极，“裂变- 电子收集”中子探测器通过收集电极给出的电信号大小来测量中子数量。
然而，在混合辐射场中应用时，该探测器仅能实现对中子的探测；此外，由于混合场中的γ射线会从收集电极和涂层电极中打出电子，由此产生的信号形成噪音，对中子测量造成干扰。
发明内容
针对现有技术不仅不能对γ射线测量，γ射线自身还成为中子测量干扰因素的不足，本实用新型提出一种中子-γ射线联合探测装置及中子-γ射线联合探测方法，本实用新型可实现中子、γ混合辐射场中中子和γ射线的联合测量，即利用一个探测器，同时实现中子和γ射线的测量。
本实用新型具体采用如下技术方案：
一种中子-γ联合探测装置，其特征在于，所述的探测装置包括真空腔外壳、中子测量单元和γ射线测量单元，其中，中子测量单元包括一个中子测量单元的中心电极及设置于中子测量单元的中心电极两侧的中子测量单元的收集电极I和中子测量单元的收集电极II，γ射线测量单元包括一个γ射线测量单元的中心电极及设置于γ射线测量单元的中心电极两侧的γ射线测量单元的收集电极I和γ射线测量单元的收集电极II，所述的中子测量单元的中心电极外周镀有裂变材料层，所述的中子测量单元的收集电极I和中子测量单元的收集电极II及所述的γ射线测量单元的收集电极I和γ射线测量单元的收集电极II加载同一正高压；所述的中子测量单元和γ测量单元的电极与射线入射方向垂直。
进一步，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向并列放置。
进一步，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向依次放置。
进一步，各电极厚度均小于0.1mm。
进一步，所述的中子测量单元的收集电极I与所述的γ射线测量单元的收集电极I的形状、材料及尺寸相同；所述的中子测量单元的收集电极II与所述的γ射线测量单元的收集电极II的形状、材料及尺寸相同；中子测量单元的中心电极与γ射线测量单元的中心电极形状、材料及尺寸相同。
进一步，所述的中子测量单元的中心电极与中子测量单元的收集电极I之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极与γ射线测量单元的收集电极I之间的距离相同；所述的中子测量单元的中心电极与中子测量单元的收集电极II之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极与γ射线测量单元的收集电极II之间的距离相同。
本实用新型还提供一种基于前述的中子-γ联合探测装置的中子-γ射线联合探测方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1.令中心电极电压为零，将所述探测装置的中子测量单元的收集电极I和中子测量单元的收集电极II、及所述的γ射线测量单元的收集电极I和γ射线测量单元的收集电极II加载正高压；
步骤2.将中子和γ混合射线辐照至所述的中子和γ联合探测装置；
步骤3.获取中子测量单元输出的中子及γ混合信号，同时获取γ射线测量单元输出的γ信号；
步骤4.从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ射线测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
附图说明
图1为本实用新型的中子-γ联合探测装置结构示意图；
图中，1.中子测量单元的收集电极I 2.中子测量单元的中心电极 3.中子测量单元的收集电极II 4.γ射线测量单元的收集电极I 5.γ射线测量单元的中心电极 6.γ射线测量单元的收集电极II 7.裂变材料层 8.外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作出进一步阐述。
如图1所示，本实用新型的中子-γ联合探测装置包括外壳8、中子测量单元和γ射线测量单元，其中，中子测量单元包括一个中子测量单元的中心电极2及设置于中子测量单元的中心电极2两侧的中子测量单元的收集电极I 1和中子测量单元的收集电极II 3，γ射线测量单元包括一个γ射线测量单元的中心电极5及设置于γ射线测量单元的中心电极5两侧的γ射线测量单元的收集电极I 4和γ射线测量单元的收集电极II 6，所述的中子测量单元的中心电极2外周镀有裂变材料层7，所述的中子测量单元的收集电极I 1和中子测量单元的收集电极II 3及所述的γ射线测量单元的收集电极I 4和γ射线测量单元的收集电极II 6加载同一正高压；所述的中子测量单元和γ测量单元的电极与射线入射方向垂直；外壳8为真空腔。
中子入射时，在中子测量单元中，中子与中子测量单元的中心电极2表面的裂变涂层 7发生反应，产生裂变碎片，裂变碎片在涂层中运动产生次级电子，次级电子中的一部分从表面逃逸并被两侧加载正高压的中子测量单元的收集电极I 1和中子测量单元的收集电极II 3收集，中子测量单元的中心电极因失去电子给出中子测量信号。γ射线入射时，γ射线与中子测量单元的三个电极相互作用产生电子，使中子测量单元的中心电极得到或者失去电子，中子测量单元的中心电极由此给出γ测量信号。当中子和γ混合射线入射时，中子测量单元的中心电极给出中子和γ射线的混合信号。
对于γ测量单元，当中子和γ混合射线入射时，由于其γ射线测量单元的中心电极无裂变涂层，因此不对中子产生输出，而只对γ射线产生输出。从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
本实用新型的有益效果：
(1)对于中子、γ混合辐射的测量环境，现有技术仅针对中子进行测量，本实用新型可以同时实现对中子和γ射线的独立测量；
(2)中子信号是从γ信号中扣除获得，不存在γ射线的干扰问题。
本实用新型两组测量单元处于同一真空腔体内，两个测量单元可沿射线入射方向并列放置(未图示)，以保证测量条件相同。
进一步，为使探测装置结构紧凑，体积减小，本实用新型的中子测量单元和γ测量单元也可沿射线入射方向依次放置(如图1所示)，但需要确保二者的测量条件一致，如，通过控制电极厚度在合适范围(如，各电极厚度小于0.1mm)，以忽略中子测量单元对射线的阻挡作用。
进一步，所述的中子测量单元的收集电极I 1与所述的γ射线测量单元的收集电极I 4 的形状、材料及尺寸相同；所述的中子测量单元的收集电极II 3与所述的γ射线测量单元的收集电极II 6的形状、材料及尺寸相同；中子测量单元的中心电极2与γ射线测量单元的中心电极5形状、材料及尺寸相同。
进一步，所述的中子测量单元的中心电极2与中子测量单元的收集电极I 1之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极5与γ射线测量单元的收集电极I 4之间的距离相同；所述的中子测量单元的中心电极2与中子测量单元的收集电极II 3之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极5与γ射线测量单元的收集电极II 6之间的距离相同。
本实用新型还提供一种基于前述的中子和γ联合探测装置的中子和γ射线联合探测方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤1.令中心电极电压为零，将所述探测装置的中子测量单元的收集电极I 1和中子测量单元的收集电极II 3、及所述的γ射线测量单元的收集电极I 4和γ射线测量单元的收集电极 II 6加载正高压；
步骤2.将中子和γ混合射线辐照至所述的中子和γ联合探测装置；
步骤3.获取中子测量单元输出的中子及γ混合信号，同时获取γ射线测量单元输出的γ信号；
步骤4.从中子测量单元输出的混合信号中，扣除γ射线测量单元输出的γ信号，即得到净中子信号。
Claims (6)
1.一种中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的探测装置包括真空腔外壳(8)、中子测量单元和γ射线测量单元，其中，中子测量单元包括一个中子测量单元的中心电极(2)及设置于中子测量单元的中心电极两侧的中子测量单元的收集电极I(1)和中子测量单元的收集电极II(3)，γ射线测量单元包括一个γ射线测量单元的中心电极(5)及设置于γ射线测量单元的中心电极两侧的γ射线测量单元的收集电极I(4)和γ射线测量单元的收集电极II(6)，所述的中子测量单元的中心电极(2)外周镀有裂变材料层(7)，所述的中子测量单元的收集电极I(1)和中子测量单元的收集电极II(3)及所述的γ射线测量单元的收集电极I(4)和γ射线测量单元的收集电极II(6)加载同一正高压；所述的中子测量单元和γ测量单元的各个电极与射线入射方向垂直。
2.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向并列放置。
3.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元和γ测量单元沿射线入射方向依次放置。
4.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，各电极厚度均小于0.1mm。
5.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元的收集电极I(1)与所述的γ射线测量单元的收集电极I(4)的形状、材料及尺寸相同；所述的中子测量单元的收集电极II(3)与所述的γ射线测量单元的收集电极II(6)的形状、材料及尺寸相同；中子测量单元的中心电极(2)与γ射线测量单元的中心电极(5)形状、材料及尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的中子-γ射线联合探测装置，其特征在于，所述的中子测量单元的中心电极(2)与中子测量单元的收集电极I(1)之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极(5)与γ射线测量单元的收集电极I(4)之间的距离相同；所述的中子测量单元的中心电极(2)与中子测量单元的收集电极II(3)之间的距离、与所述的γ射线测量单元的中心电极(5)与γ射线测量单元的收集电极II(6)之间的距离相同。
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| CN202021715898.8U CN213633848U (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种中子-γ射线联合探测装置 |
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| CN202021715898.8U CN213633848U (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种中子-γ射线联合探测装置 |
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| CN202021715898.8U Active CN213633848U (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种中子-γ射线联合探测装置 |
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| CN (1) | CN213633848U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111781632A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-10-16 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种中子-γ射线联合探测装置及方法 |
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2020
- 2020-08-17 CN CN202021715898.8U patent/CN213633848U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111781632A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-10-16 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种中子-γ射线联合探测装置及方法 |
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