[發明專利]一種測量弱伽馬脈沖的閃爍探測系統及方法

有效

• 申請號: 201611160274.2
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106772539B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 宋朝暉;易義成;盧毅;管興胤;劉君紅;陳翔;傅錄祥
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01T1/203
• 分類號: G01T1/203
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

本發明提供了一種用于在強伽馬脈沖背景下測量弱伽馬脈沖的閃爍探測系統及方法，該系統包括、閃爍體、光限幅器、濾光片、光電倍增管、激光光源和數據采集系統。其中，閃爍體、光限幅器、濾光片、光電倍增管依次排列在射線入射的方向上，光電倍增管的信號輸出端分出兩路信號，一路與數據采集系統的輸入端通過信號電纜連接，另一路接入激光光源作為其觸發信號。本發明可以實現對強伽馬脈沖背景下的弱伽馬脈沖的測量，也可以推廣應用于脈沖波形后沿的分段測量。

技術領域

本發明屬于輻射測量技術領域，尤其涉及一種用于強伽馬脈沖背景下準確測量弱伽馬脈沖特征的閃爍探測系統及方法。

背景技術

由光電倍增管(PMT)配合閃爍體構成的閃爍探測系統是脈沖輻射場波形測量中應用最廣的一類探測系統。其主要組成結構為閃爍體、光收集部分及光電轉換器件，它的工作過程是當輻射脈沖進入閃爍體，其中的原子受激產生熒光，利用光收集部件將熒光收集照射到PMT光陰極表面，光子在光陰極上打出光電子，光電子在各倍增極上倍增，被陽極收集輸出電流信號，通過測量分析這些電信號的特征對脈沖輻射波形的類別、強度、能量等參數做出診斷。

在空間輻射探測中，伽馬暴的探測是一個難點問題。通常的探測方法是：采用塑料閃爍體將伽馬射線轉換成光信號，再通過光電倍增管將其轉化為電信號，電信號被高速ADC采集記錄并存儲下來。但是，伽馬暴往往不是一個時間、數目穩定的單脈沖事件，通常由一連串的伽馬脈沖組成，而且每個伽馬脈沖之間的強度變化較大，時間間隔較短，甚至達到ns量級。當強伽馬脈沖到達時，閃爍體與之相互作用發出的光會使光電倍增管飽和，而飽和后的光電倍增管有μs量級的死時間，無法對之后到達的弱伽馬脈沖與閃爍相互作用發出的光進行光電轉化，從而無法對弱伽馬脈沖進行準確的探測。

脈沖伽馬暴輻射場測量實施過程中，要實現對強伽馬脈沖背景下的弱伽馬脈沖的測量，解決辦法可以從兩個方面考慮：一方面，在強伽馬脈沖到達的時間采用射線屏蔽的手段，使閃爍體不與伽馬射線相互作用而發光，然后在弱伽馬脈沖到達時移除屏蔽；另一方面，采用一定的光屏蔽手段使強伽馬脈沖與閃爍體相互作用而發出的光不能到達光電倍增管，然后在弱伽馬脈沖到達時移除屏蔽。考慮到伽馬暴的伽馬脈沖之間的時間間隔為ns量級，射線屏蔽的方案需要一定厚度的鉛磚等伽馬射線屏蔽材料，但目前的技術手段很難在ns時間內移除屏蔽，第二種思路中采用的光屏蔽的技術手段需要一種材料在ns量級內控制光的通過與截止，從而使閃爍探測系統能在弱伽馬脈沖達到閃爍體時使光能到達光電倍增管，這種能在ns量級內控制光開關的材料是本技術方案中解決強伽馬脈沖背景下弱伽馬脈沖測量問題的關鍵。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于在強伽馬脈沖背景下準確測量弱伽馬脈沖特征的閃爍探測系統及方法，用于解決在強伽馬脈沖背景下，光電倍增管因為飽和無法測量之后到達的弱伽馬脈沖的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案：提供一種測量弱伽馬脈沖的閃爍探測系統，其特殊之處在于：包括依次排列在射線入射方向上的閃爍體，光限幅器，濾光片，光電倍增管，數據采集系統和激光光源，所述光電倍增管的信號輸出端分出兩路信號，一路與數據采集系統的輸入端通過信號電纜連接，另一路接入激光光源。

上述射線是兩個脈沖時間間隔為50ns-200ns的伽馬脈沖，每個伽馬脈沖的時間寬度為幾十納秒到幾百納秒，強度由強到弱，峰值強度最大相差3個量級。

上述閃爍體的衰減時間在ns量級。

上述激光光源的功率能達到光限幅器所采用的非線性光學材料的限幅閾值，激光光源選用的光的波長與閃爍體峰值波長之差大于50nm。

上述光限幅器為損傷閾值與限幅閾值之比大于4個量級的非線性光學材料，上述光限幅器在光限幅狀態時對閃爍體發光波長范圍的光的透過率為1％到0.1％。

上述濾光片是一種帶通濾光片，能透過閃爍體閃爍光波長范圍的光，對閃爍體峰值波長的透過率50％以上，而對激光光源對應波長的光的透過率小于0.001％。