[發明專利]一種多層球形聚乙烯慢化體和單探頭中子能譜及注量測量裝置

有效

• 申請號: 201210243798.3
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102736100A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 宋鋼;祝慶軍;宋逢泉;廖燕飛;吳宜燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01T3/00
• 分類號: G01T3/00;G01T7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種多層球形聚乙烯慢化體和中子能譜及注量的測量裝置，特別是一種單探頭中子能譜及注量測量裝置，屬于核物理、核技術及應用等領域。

背景技術

中子飛行時間譜儀、反沖質子法、核反應型測量等是常用的中子譜測量方法，在輻射防護領域，雖然對分辨率要求不高，但由于所測量的中子能譜的能量范圍廣，目前技術成熟的輻射防護用中子譜儀只有多球中子譜儀。

多球中子譜儀是由多個帶有不同直徑球形聚乙烯慢化體的中子探測器組成，每個中子探測器是由聚乙烯球形慢化體和放置其中心的熱中子探測器（球形³He中子正比計數管）組成，每個中子探測器具有不同的中子能量響應函數。

入射中子經球形聚乙烯慢化體，利用中子與氫核彈性散射慢化，只有慢化到熱中子那部分中子與³He原子核發生核反應，產生帶電粒子p和T，才能被³He中子正比計數管探測：³He+n→T+p+0.765MeV

³He對熱中子的反應截面大為5400(b)，為提高探測熱中子靈敏度，球形³He中子正比計數管內³He氣體可充成較大氣壓，一般為2個大氣壓以上。核反應產生的p和T在³He氣體中電離，經正比放大后在電極形成脈沖輸出，儀器或核電子學電路將脈沖記錄下來，測出計數。

由于球形慢化體的直徑不同，每個中子探測器對入射中子的能量響應不同，依據每個中子探測器的能響曲線和測得中子輻射場計數數據，利用中子能譜解譜程序求出入射中子能譜。

現有的Bonner譜儀無法直接測量中子注量，且使用多個球形中子探測器，因此需要多個³He球形中子探測器和電子學線路，由于使用不同球形中子探測器和電子學線路，一致性難以保證。

發明內容

本發明的技術解決問題：針對解決現有的Bonner譜儀存在探測器之間的一致性問題和功能單一的問題，提供一種一致性好、能夠測量能譜和注量的球形聚乙烯慢化體及單探頭中子測量裝置。

本發明的技術解決方案：一種多層球形聚乙烯慢化體，從內至外由具有若干個內徑不同的球形聚乙烯慢化體層層累加構成，i=1，2，3，4……n，其中第1個球形聚乙烯慢化體的內徑等于球形中子探測器的直徑；以后i=2，3，4……n的每個球形聚乙烯慢化體的內徑等于第i-1個球的外徑。

所述多層球形聚乙烯慢化體的層能夠拆卸更換，因此采用的單個球形中子探測器和一套電子學線路，可以通過層層累加的方式獲得現有的Bonner譜儀多臺探測器的數據。

一種單探頭中子能譜及注量測量裝置，其特征在于包括：多層球形聚乙烯慢化體、球形中子探測器、核電子學電路和高低壓電路和單片機；多層球形聚乙烯慢化體包裹球形中子探測器，多層球形聚乙烯慢化體對中子進行慢化，使中子慢化后能夠易被球形中子探測器所探測，核電子學電路對球形中子探測器所探測的信號進行放大和n-γ甄別，單片機對信號進行處理和顯示測量結果。

當球形中子探測器外圍有m個內徑不同的球形聚乙烯慢化體時，所述球形中子探測器的對不同能量（10^-9-100MeV）中子的注量率靈敏度ε（探測器讀數/中子注量率）變化小于10%，m≥1。這時探測器的中子的注量率靈敏度ε可近似為常數，因此注量率靈敏度與中子能量無關，通過探測器的讀數除以注量率靈敏度就能得到中子注量率。

本發明與現有技術相比的優點在于：

（1）由于本發明采用的是球形聚乙烯慢化體，因此本發明對中子的響應是基本與方向無關的，即對任何入射方向的同一能量的中子的響應是相同的。由于本發明采用可以層層累加的球形聚乙烯慢化體，因此本發明可以采用單個球形中子探測器和一套電子學線路獲得現有的Bonner譜儀多臺探測器的數據，在經濟性上好于現有的Bonner多球譜儀探測器，并且Bonner多球譜儀探測器和電子學線路的差異造成的一致性問題可以得到解決。

（2）現有的Bonner譜儀無法直接測量中子注量，本發明單探頭中子測量裝置除具有現有的Bonner譜儀功能外，通過疊加球形聚乙烯慢化體使探測器注量率靈敏度對不同能量的中子基本相同時，根據讀數和注量率響應系數直接獲得注量信息。

附圖說明

圖1為本發明的多層球形聚乙烯慢化體及球形中子探測器結構圖；

圖2為本發明的整體結構圖；

圖3為從第1層球形聚乙烯慢化體累加到第8層球形聚乙烯慢化體，本發明裝置的響應函數；