[發(fā)明專利]一種基于量子點的中子能譜測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210282551.2
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102788990A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祝慶軍;宋逢泉;宋鋼;廖燕飛;吳宜燦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01T3/00
• 分類號: G01T3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及中子能譜測量，特別是一種基于量子點的中子能譜測量方法，屬于核技術(shù)及應(yīng)用、放射醫(yī)學(xué)與輻射生物學(xué)、輻射防護等多學(xué)科交叉領(lǐng)域中的能量測量。

背景技術(shù)

中子能譜信息能夠為屏蔽設(shè)計、輻射劑量監(jiān)測、探測器的選擇提供重要的信息，目前中子能譜信息的獲取方法通常有以下兩種：（1）直接測量法。對單個中子能量進行直接測量，在統(tǒng)計的基礎(chǔ)上獲得中子能譜信息，其代表方法是中子飛行時間測量法。中子飛行時間測量法的優(yōu)點在于能量分辨高，但由于整個測量系統(tǒng)需要屏蔽和準(zhǔn)直系統(tǒng)、范圍巨大的空間（通常飛行距離為8-9m），復(fù)雜的電子學(xué)系統(tǒng)，所以中子飛行時間法只是針對特定的中子源進行中子能譜測量，沒有普適性；（2）間接測量法。利用對中子能量響應(yīng)函數(shù)不同的探測器，將多個探測器放置于未知輻射場獲取多個探測器的讀數(shù)，通過建立方程組，使用反卷積方法求解方程組，獲得中子能譜信息。目前設(shè)計對中子能量響應(yīng)函數(shù)不同的探測器的方法是通過改變慢化體厚度的方法，如Bonner多球中子譜儀，或是采用反應(yīng)閾值不同的材料，如多箔活化片法。根據(jù)這些方法設(shè)計的具有不同中子能量響應(yīng)函數(shù)的探測器的數(shù)目較少（小于20個），因此建立的方程組自由度較大，求解出中子譜能量分辨率較低。這種測量方法的優(yōu)點是測量系統(tǒng)具有移植性，能夠適用于大部分中子源的中子能譜測量。

量子點的三維尺寸等于或者小于其激子波爾半徑，量子點呈現(xiàn)出特殊的光學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究，作為發(fā)光材料，目前是顯示、照明等研究領(lǐng)域的熱點。量子點在輻射測量領(lǐng)域的也開始受到關(guān)注。但目前并未發(fā)現(xiàn)同時使用多種量子點組成的探測器用于中子能譜測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于量子點的中子能譜測量方法，有效改善了中子能譜測量結(jié)果能量分辨率。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種基于量子點的中子能譜測量方法，實現(xiàn)步驟如下：

（1）刻度量子點光學(xué)信號強度與中子能量的函數(shù)關(guān)系

將待刻度的能量范圍劃分的為N個能群，N>20，第j個能群的能量為E_j，其中j=1,2,3…N，如將10^-9MeV到650MeV能量范圍劃分為60個能群。中子探測器采用M種量子點，M>3，將M種量子點和量子點光學(xué)信號強度采集系統(tǒng)置于已知輻射場中，M種量子點所放置位置處的中子能量E_j，這時量子點光學(xué)信號強度采集系統(tǒng)測量到第i種量子點光學(xué)信號強度L_i(E_j)，i=1,2,3…M。最終根據(jù)N個能群的中子能量和相應(yīng)的M種量子點的光學(xué)信號強度，得到M種量子點光學(xué)信號強度對中子能量的響應(yīng)函數(shù)，第i種量子點光學(xué)信號強度對中子能量的響應(yīng)函數(shù)為R_i(E_j)。

（2）測量未知輻射場中量子點光學(xué)信號強度

將M種量子點和量子點光學(xué)信號強度采集系統(tǒng)放置于未知輻射場中，量子點光學(xué)信號強度采集系統(tǒng)測量到第i種量子光學(xué)信號強度L_i，L_i的標(biāo)準(zhǔn)差為σ_i；

（3）根據(jù)步驟（2）未知輻射場中所述量子點光學(xué)信號強度L_i，以及步驟（1）中所述量子點光學(xué)信號強度對中子能量響應(yīng)函數(shù)R_i(E_j)，建立方程組使用反卷積方法求解方程組，獲得方程組解為F(E_j)，F(xiàn)(E_j)為能量為E_j的中子通量，F(xiàn)(E_j)即為中子能譜信息。

所述M種量子點中的每個量子點的三維尺寸小于量子點的發(fā)射光譜中峰值處的波長。

M種量子點中每兩種量子點的發(fā)射光譜中峰值波長相差超過10nm。例如選擇4種量子點，4種量子點發(fā)射光譜中峰值波長分別為400nm，500nm，550nm，600nm。

所述量子點光學(xué)信號強度采集系統(tǒng)包括：M個光學(xué)分頻器、M個波長轉(zhuǎn)換劑、M個光電倍增管、多道分析器和處理和存儲設(shè)備；M種量子點產(chǎn)生的光學(xué)信號輸入M個光學(xué)分頻器，由M個光學(xué)分頻器分為M個光學(xué)信號，M個光學(xué)信號輸入M個波長轉(zhuǎn)換劑，M個波長轉(zhuǎn)換劑將M個輸入光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為適宜接收波長范圍后至輸入M個光電倍增管，M個光電倍增管將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為M個電信號，所述M個電信號分別輸入至多道分析器，多道分析器將M個電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后將數(shù)字信號輸入處理和存儲設(shè)備中，由處理和存儲設(shè)備對數(shù)字信號進行處理和存儲。