專利名稱：一種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種可用于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和環(huán)境中子測(cè)量的連續(xù)中子能譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著中子物理、航天、反應(yīng)堆、加速器技術(shù)、輻射防護(hù)與環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)展，中子譜的實(shí)時(shí)測(cè)量顯得尤為重要。中子呈中性，不帶電，在通過(guò)物質(zhì)時(shí)不能直接引起物質(zhì)電離，所以不能被直接探測(cè)。對(duì)中子的測(cè)量是通過(guò)其與其它核子的相互作用產(chǎn)生的帶電粒子間接進(jìn)行的，一般有核反應(yīng)法、核反沖法、核裂變法和活化法四種方法。選用核反應(yīng)法測(cè)量中子時(shí)，選取3He作為探測(cè)氣體是因?yàn)?He與熱中子反應(yīng)截面很大，約5330b，并且可以加壓，使測(cè)量的靈敏度變得 更高。目前國(guó)內(nèi)外的可同時(shí)適用于場(chǎng)所及環(huán)境的實(shí)時(shí)中子能譜的測(cè)量系統(tǒng)較少，一般選用Bonner多球系統(tǒng)。Bonner多球中子譜儀是由多個(gè)帶有不同直徑球形慢化體的中子探測(cè)器組成，每個(gè)中子探測(cè)器是由聚こ烯球形慢化體和放置其中心的熱中子探測(cè)器。不同直徑的慢化體可將不同能量的中子慢化成熱中子后由熱中子探測(cè)器探測(cè)，從而記錄中子能譜。Bonner多球系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于Bonner多球系統(tǒng)探測(cè)器系統(tǒng)(球的個(gè)數(shù))較多，整套的多球系統(tǒng)體積較大，在室外測(cè)量環(huán)境中子譜很不方便。并且由于Bonner多球系統(tǒng)是由多個(gè)球體組成，各球體積較大，在進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)需要將探測(cè)器排列開(kāi)，而這樣會(huì)使得各探測(cè)器之間的距離較遠(yuǎn)，從而在中子輻射場(chǎng)變化交大的場(chǎng)所不能得到精確的同一點(diǎn)中子能譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種的連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)測(cè)量較精準(zhǔn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，體積較小，使用方便。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，包括若干層球殼形聚こ烯慢化層、若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)、核電子學(xué)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；最內(nèi)層為第ー層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)，然后在其外層放置第一層球殼形聚こ烯慢化層，依次類推，這樣球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)與球殼形聚こ烯慢化層交替疊放，形成連續(xù)中子譜探測(cè)器系統(tǒng)；在所述若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)中，每層球殼形熱中子探測(cè)器由兩層同心球殼組成，兩層同心球殼之間的夾層中充以大氣壓的3He氣體；在兩層同心球殼中靠近外層的球殼接地，靠近內(nèi)層的球殼加上電壓大于等于500V的正高壓，形成球殼形3He電離室熱中子探測(cè)器；不同能量的入射中子經(jīng)過(guò)若干層球殼形聚こ烯慢化層后成為熱中子，最終在某固定的能量段時(shí)被某ー層球殼形熱中子探測(cè)系統(tǒng)所探測(cè)，探測(cè)到的脈沖信號(hào)傳輸至核電子學(xué)系統(tǒng)；核電子學(xué)系統(tǒng)將脈沖信號(hào)放大、濾波、甄別和計(jì)數(shù)后，傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存及分析。所述連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)還包括顯示面板上的探測(cè)信號(hào)燈和各層探測(cè)器指示燈；各層探測(cè)器指示燈與各層探測(cè)器輸出相連，某層探測(cè)器探測(cè)到輻射信號(hào)輸出ー個(gè)脈沖，該層探測(cè)器對(duì)應(yīng)的各層探測(cè)器指示燈亮，ー個(gè)輸出脈沖閃亮一次；各層探測(cè)器的輸出脈沖并聯(lián)后接入探測(cè)信號(hào)燈，任意一層探測(cè)器探測(cè)到輻射信號(hào)時(shí)，探測(cè)信號(hào)燈都會(huì)亮，能夠盡早發(fā)現(xiàn)某層探測(cè)器出錯(cuò)或者不工作的現(xiàn)象，同時(shí)也在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)中進(jìn)行顯示。在所述同心球殼的夾層中充以1-8個(gè)大氣壓的3He氣體。所述同心球殼由厚度為大于0. Imm的鎘板加工而成,用以阻擋中子在聚こ烯中產(chǎn)生的質(zhì)子進(jìn)入3He電離室內(nèi)部而造成測(cè)量誤差。在所述若干層球殼形聚こ烯慢化層中，慢化層厚度，即球殼形慢化層的外半徑減去內(nèi)半徑的差，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成相同厚度或不同，慢化層厚度應(yīng)大于等于lcm。所述若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)，每層球殼形熱中子測(cè)量系統(tǒng)的兩層半徑不同的同心球殼半徑差為0. 5 20cm。所述核電子學(xué)電路包括前置放大器、主放大器、n-y甄別電路及多通道單道分析 器；不同層的球殼形熱中子探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置放大器、主放大器的濾波成形及n- y甄別電路處理后經(jīng)由各自通道輸入多通道單道分析器分析計(jì)數(shù)，最后在傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)裝有的解譜軟件構(gòu)成，通過(guò)解譜軟件進(jìn)行解譜，解譜軟件解得中子能譜后，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪制并顯示；解譜軟件還將給出總的中子通量、中子注量率，還能夠根據(jù)需要給出中子劑量。所述連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)中子能量值和所需精度不同，設(shè)計(jì)不同厚度的球殼形聚こ烯慢化層和不同層數(shù)的球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)，以滿足不同的需求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)如下(I)本發(fā)明由于該連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)為單一整體，不需要如Bonner多球測(cè)量時(shí)按球排列開(kāi)，因此可以較為精確測(cè)量同一處的中子能譜。這在中子能譜變化較大的場(chǎng)所顯得尤為重要。(2)本發(fā)明體積較小，可以較為精確測(cè)量同一處的中子能譜。本發(fā)明為単一的，電子學(xué)線路較為簡(jiǎn)便，體積較小，使用方便，由其適合在室外測(cè)量環(huán)境中的中子譜。(3)本發(fā)明能夠根據(jù)用戶需要，可以通過(guò)設(shè)計(jì)改變探測(cè)器和慢化層的層數(shù)、慢化層的厚度，更為精準(zhǔn)的測(cè)量中子能譜。


圖I為本發(fā)明的主結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明后視示意圖；圖3為本發(fā)明的球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)示意圖；圖4為本發(fā)明的核電子學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2、3、4所示,本發(fā)明的實(shí)施例包括七層球殼形聚こ烯慢化層9 15、八層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)I 8，位于底部的核電子學(xué)系統(tǒng)16，指示燈17 19，及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。首先安裝最里層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)8，將兩塊厚度為大于0. Imm鎘板加工成球殼形，兩層半徑不同的同心球殼的半徑差即球殼形熱中子探測(cè)器層兩極板間距離約為0. 5 10cm，在兩極板間25充入I 8個(gè)大氣壓的3He氣體并密封，外層極板(陰極)24接地，內(nèi)層極板接500V正高壓，并將內(nèi)層極板作為收集極(高壓電極)23，通過(guò)核電子學(xué)輸入端26與球殼形熱中子探測(cè)器8中探測(cè)器的前置放大器、主放大器、n-Y甄別電路相連，球殼形熱中子探測(cè)器8中探測(cè)器n-Y甄別電路的輸出信號(hào)與多通道單道分析器的h號(hào)輸入端相連，并與指示燈18及探測(cè)器信號(hào)燈17-8相連。完成球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)8的組裝后，在其外層包裹一層厚度為大于Icm厚的球殼形聚こ烯慢化層15，再繼續(xù)安裝球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)7中的探測(cè)器，方法同前。以此類推，構(gòu)成整球后的熱中子探測(cè)系統(tǒng)固定于底座上。底座內(nèi)裝有核電子學(xué)系統(tǒng)16，底座前面板上裝有電源指示燈19，探測(cè)信號(hào)燈18，I 8號(hào)各層探測(cè)器指示燈17。背部面板上有電源開(kāi)關(guān)22、輸入電源接20、信號(hào)輸出接ロ 21。I 8層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)中，各層探測(cè)器的輸出脈沖并聯(lián)后接入探測(cè)信號(hào)燈18，任意ー層 探測(cè)器探測(cè)到輻射信號(hào)時(shí)，探測(cè)信號(hào)燈18都會(huì)閃亮。電源指示燈19依次與電源開(kāi)關(guān)、外部電源串聯(lián)，連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)通電后，電源指示燈19長(zhǎng)亮。如圖I、4所示，核電子學(xué)系統(tǒng)16包括八個(gè)前置放大器、八個(gè)主放大器、八個(gè)n- y甄別電路及八通道的多通道單道分析器；最外層的球殼形熱中子探測(cè)器I輸出的脈沖信號(hào)依次經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的前置放大器、主放大器的濾波成形及n- y甄別電路處理后經(jīng)由a通道輸入多通道單道分析器，最后在傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，依次類推。如圖5所示，多通道單道分析電路輸出的信號(hào)，包括脈沖信號(hào)和信號(hào)對(duì)應(yīng)的探測(cè)器編號(hào)，兩組數(shù)據(jù)同時(shí)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)記錄每層探測(cè)器信號(hào)的原始數(shù)據(jù)；信號(hào)對(duì)應(yīng)的探測(cè)器編號(hào)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)慢化層厚度計(jì)算，將得到引發(fā)該脈沖信號(hào)的入射中子所經(jīng)過(guò)的慢化層總厚度；熱中子探測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)已知源刻度，蒙特卡羅如現(xiàn)在開(kāi)源使用的FLUKA、MCNP, GEANT4等程序的模擬后，將各刻度參數(shù)記錄在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中；解譜軟件根據(jù)刻度參數(shù)、信號(hào)對(duì)應(yīng)的入射中子經(jīng)過(guò)的慢化總厚度及多通道單道分析電路輸出的信號(hào)解譜得中子能譜并繪制顯示，可根據(jù)用戶需要計(jì)算待測(cè)場(chǎng)的中子通量、中子注量率及劑量，解譜軟件將自帶ICRP報(bào)告中注量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)。本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技木。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括若干層球殼形聚こ烯慢化層、若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)、核電子學(xué)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；最內(nèi)層為第一層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)，然后在其之外放置第一層球殼形聚こ烯慢化層，依次類推，這樣球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)與球殼形聚こ烯慢化層交替疊放，形成連續(xù)中子譜探測(cè)器系統(tǒng)；在所述若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)中，每層球殼形熱中子探測(cè)器由兩層半徑不同的同心球殼組成，兩層同心球殼之間的夾層中充以I 8個(gè)大氣壓的3He氣體；兩層同心球殼中靠近外層的球殼接地，靠近內(nèi)層的球殼加上電壓大于等于500V的正高壓,形成球殼形3He電離室熱中子探測(cè)器；不同能量的入射中子經(jīng)過(guò)若干層球殼形聚こ烯慢化層后成為熱中子，最終在某固定的能量段時(shí)被某ー層球殼形熱中子探測(cè)系統(tǒng)所探測(cè)，探測(cè)到的脈沖信號(hào)傳輸至核電子學(xué)系統(tǒng)；核電子學(xué)系統(tǒng)將脈沖信號(hào)放大、濾波、甄別和計(jì)數(shù)后，傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存及分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)還包括顯示面板上的探測(cè)信號(hào)燈和各層探測(cè)器指示燈；各層探測(cè)器指示燈與各層探測(cè)器輸出相連，某層探測(cè)器探測(cè)到輻射信號(hào)輸出ー個(gè)脈沖，該層探測(cè)器對(duì)應(yīng)的各層探測(cè)器指示燈亮，ー個(gè)輸出脈沖閃亮一次；各層探測(cè)器的輸出脈沖并聯(lián)后接入探測(cè)信號(hào)燈，任意一層探測(cè)器探測(cè)到輻射信號(hào)時(shí)，探測(cè)信號(hào)燈都會(huì)亮，能夠盡早發(fā)現(xiàn)某層探測(cè)器出錯(cuò)或者不工作的現(xiàn)象，同時(shí)也在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)中進(jìn)行顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于在所述同心球殼的夾層中充以1-8個(gè)大氣壓的3He氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述同心球殼由厚度為大于0. Imm的鎘板加工而成，用以阻擋中子在聚こ烯中產(chǎn)生的質(zhì)子進(jìn)入3He電離室內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于在所述若干層球殼形聚こ烯慢化層中，慢化層厚度，即慢化層球殼的外半徑減去內(nèi)半徑的差，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成相同厚度或不同，慢化層厚度應(yīng)大于等于lcm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)，每層球殼形熱中子測(cè)量系統(tǒng)的兩層半徑不同的同心球殼半徑差為0. 5 20cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述核電子學(xué)系統(tǒng)包括前置放大器、主放大器、n-y甄別電路及多通道單道分析器；不同層的球殼形熱中子探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置放大器、主放大器的濾波成形及n-Y甄別電路處理后經(jīng)由各自通道輸入多通道單道分析器分析計(jì)數(shù)，最后在傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)裝有的解譜軟件構(gòu)成，通過(guò)解譜軟件進(jìn)行解譜，解譜軟件解得中子能譜后，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪制并顯示；解譜軟件還將給出總的中子通量、中子注量率，還能夠根據(jù)需要給出中子劑量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)中子能量值和所需精度不同，設(shè)計(jì)不同厚度的球殼形聚こ烯慢化層和不同層數(shù)的球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)，以滿足不同的需求。
全文摘要
一種連續(xù)中子譜實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，包括若干層球殼形聚乙烯慢化層、若干層球殼形熱中子探測(cè)器系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、輸入電源接口、信號(hào)輸出接口、顯示面板及開(kāi)關(guān)；不同能量的中子入射到探測(cè)系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)不同層數(shù)慢化層，慢化成為熱中子后，最終被某層的探測(cè)器系統(tǒng)探測(cè)并將脈沖信號(hào)傳輸給電子學(xué)系統(tǒng)，電子學(xué)系統(tǒng)根據(jù)不同探測(cè)層輸入的信號(hào)，分析并輸出相應(yīng)的信號(hào)，最終計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)電子學(xué)系統(tǒng)輸出的不同信號(hào)，給出相應(yīng)的能量值，繪制能譜并記錄。本發(fā)明體積較小，可以較為精確測(cè)量同一處的中子能譜。
文檔編號(hào)G01T3/00GK102866416SQ20121033273
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者郭倩, 李貴, 祝慶軍, 吳宜燦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院