[發(fā)明專利]一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置及測(cè)量方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710007693.0
• 申請(qǐng)日: 2017-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN106707328A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡靜;歐陽曉平;劉金良;張忠兵;阮金陸;何世熠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01T5/02
• 分類號(hào): G01T5/02;G01T5/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司61211
• 代理人: 倪金榮

1.一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：包括中子轉(zhuǎn)換體、質(zhì)子徑跡發(fā)光室、成像系統(tǒng)和電源；

所述中子轉(zhuǎn)換體包括中子源、中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)換靶和光闌；

所述質(zhì)子徑跡發(fā)光室包括腔室，設(shè)置在腔室外一端的質(zhì)子入射密封窗口、設(shè)置在腔室內(nèi)的圓筒形多絲結(jié)構(gòu)、與腔室內(nèi)部連通的充氣系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)、設(shè)置在腔室外側(cè)的光學(xué)窗口、以及與所述圓筒形多絲結(jié)構(gòu)連接的電壓源；所述圓筒形多絲結(jié)構(gòu)由位于圓柱軸心的一根陽極絲和分布在陽極絲圓周的多根陰極絲組成；

所述中子源出射中子束經(jīng)過中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)換靶的轉(zhuǎn)換變向后，穿過光闌和質(zhì)子入射密封窗口進(jìn)入腔室，所述成像系統(tǒng)由陽極絲所收集的電荷信號(hào)控制成像，電源與圓筒形多絲結(jié)構(gòu)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：所述成像系統(tǒng)包括相機(jī)、相機(jī)控制系統(tǒng)、光學(xué)中繼系統(tǒng)及在線分析系統(tǒng)；

所述光學(xué)中繼系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)腔室外側(cè)的光學(xué)窗口，在線分析系統(tǒng)與相機(jī)連接，相機(jī)控制系統(tǒng)一端與相機(jī)連接，另一端與圓筒形多絲結(jié)構(gòu)的陽極絲連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：所述相機(jī)控制系統(tǒng)與圓筒形多絲結(jié)構(gòu)之間連接有線性放大器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：所述中子源與中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)換靶之間設(shè)置有中子準(zhǔn)直器，所述中子準(zhǔn)直器為帶準(zhǔn)直孔的鐵塊或鉛塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：所述中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)換靶為聚乙烯薄膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：所述質(zhì)子入射密封窗口是由厚度為5-10μm的鈦、金或鉬金屬膜組成；所述圓筒形多絲結(jié)構(gòu)由中間一根陽極絲和周圍10-20根均勻分布的陰極絲組成，陽極絲直徑15-25μm，陽極絲和陰極絲距離10-30mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量裝置，其特征在于：所述充氣系統(tǒng)所充工作氣體為四氟化碳?xì)怏w或四氟化碳?xì)怏w與稀有氣體的混合氣體。

8.一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)獲取單個(gè)質(zhì)子的徑跡圖像：

1.1)中子束經(jīng)限束和準(zhǔn)直后，與中子-質(zhì)子轉(zhuǎn)換靶作用產(chǎn)生反沖質(zhì)子；

1.2)與中子束呈反沖角θ的反沖質(zhì)子平行于陽極絲進(jìn)入充滿工作氣體的腔室；

1.3)給陽極絲提供高壓，直至陽極絲附近產(chǎn)生光子和電子；

1.4)腔室內(nèi)的陽極絲收集所產(chǎn)生電荷信號(hào)，經(jīng)放大后觸發(fā)相機(jī)自動(dòng)拍照，獲得單個(gè)質(zhì)子的徑跡熒光圖像；

2)重復(fù)步驟1)獲取多個(gè)單質(zhì)子徑跡圖像；

3)對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理和分析：

讀取每幅圖像中質(zhì)子徑跡末端位置的像素值，根據(jù)像素值與實(shí)際位置的線性關(guān)系，得到質(zhì)子射程；根據(jù)步驟2)中獲取的多個(gè)單質(zhì)子徑跡圖像，統(tǒng)計(jì)出質(zhì)子射程R的分布；

4)獲得質(zhì)子能譜分布：

通過SRIM軟件計(jì)算質(zhì)子在工作氣體中的射程R與初始能量E_p的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并由所述步驟3)獲得的質(zhì)子射程分布反推質(zhì)子能譜分布；

5)計(jì)算中子能譜：

根據(jù)反沖質(zhì)子與中子能量之間的關(guān)系式：E_n＝E_p/cos²θ，獲得中子能譜；

其中：

E_n為中子能量，

E_p為步驟4)質(zhì)子能譜中的質(zhì)子能量，

θ為反沖角，反沖角為所述步驟1)中中子準(zhǔn)直器2和光闌5之間的角度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種利用單質(zhì)子徑跡成像的中子能譜測(cè)量方法，其特征在于：所述反沖角θ為60°。