[發明專利]一種用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭及其測試標定方法

有效

• 申請號: 201710122548.7
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN108535769B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳寶維;朱慶福;周琦;李健;楊中建;白召樂;謝偉民;程昊;楊楠
• 申請（專利權）人: 中國輻射防護研究院
• 主分類號: G01T7/00
• 分類號: G01T7/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 任曉航;周敏毅

本發明屬于核輻射探測技術領域，涉及一種用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭及其測試標定方法。所述的用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭包括光纖末端、均勻涂覆在光纖末端表面的探測材料，及覆蓋在探測材料外的金屬蓋帽，所述的探測材料由含²³²Th的物質以及閃爍體材料組成；所述的金屬蓋帽起到既能保證被測中子順利通過，又能避光的作用。利用本發明的用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭，可以產生穩定的微弱熒光，該熒光既具有來自高電離能力的粒子(α粒子)的貢獻，也具有來自低電離能力的粒子(β、γ粒子)的貢獻，從而無需強中子場即可進行整套光纖中子探測系統的測試及部分標定實驗，簡化了光纖中子探測系統的測試及標定過程。

技術領域

本發明屬于核輻射探測技術領域，涉及一種用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭及其測試標定方法。

背景技術

近年來，國內外開發了多種用于諸如反應堆堆芯內的燃料棒間等狹窄空間處的中子測量的小型光纖中子探測器。該類探測器的體積可做到1mm³以下甚至更小，便于伸入反應堆中進行中子的實時測量。

該類探測器的探頭結構通常有兩種。一種為在用于傳導的石英光纖或塑料光纖的頂端直接涂覆或安裝探測材料(對于傳導光纖，由側面進入的光子很難滿足全反射條件，因而僅在其頂端安裝或涂覆探測材料)。示例性的該種探頭10的結構如圖1所示，包括傳導光纖11、光學屏蔽層12、閃爍物質13及鋁帽14。光學屏蔽層12包覆在傳導光纖11非頂端的外側；閃爍物質13由⁶LiF與ZnS:Ag混合而成，并涂覆在傳導光纖11頂端；鋁帽14包覆在閃爍物質13的外側。閃爍物質13中⁶Li與熱中子可發生⁶Li(n，t)⁴He反應，其中t為氚核，⁴He為α粒子。α粒子及氚核與閃爍物質中的ZnS:Ag發生作用，可產生閃爍光。

另一種為將探測材料涂覆于波長轉換光纖的頂端及側面，然后將波長轉換光纖與傳導光纖連接(對于波長轉換光纖，由側面進入的熒光光子會在該纖芯內重新生成發光中心，使得發光方向發生改變，因而即便是側面進入的光子，也可生成新的可滿足全反射條件的光子，因而可在側面涂覆探測材料，而在側面涂覆探測材料后，使得探測靈敏面積及體積增大，提高了探測效率)。示例性的該種探頭10的結構如圖2所示，包括波長轉換光纖21、傳導光纖11、光學屏蔽層12、閃爍物質13及鋁帽14。波長轉換光纖21的一端與傳導光纖11相連接，另一端的頂部及側面涂覆閃爍物質13后被鋁帽14包覆；波長轉換光纖21的外側除被鋁帽14包覆的部分外包覆有光學屏蔽層12，傳導光纖11的外側也包覆有光學屏蔽層12。閃爍光的產生原理如前一種探頭部分所述。

包括如上兩種探頭之一的現有技術的該種光纖中子探測器的探測系統的組成如圖3所示。閃爍光通過探頭10進入石英光纖11，在驅動單元15的驅動下通過光纖傳輸進入光電倍增管16，從而轉換為電信號后被前置放大器17放大到探測水平。前置放大器17與多道分析器18相連接，從而得到光子譜信息，并轉換為探頭所在處的中子通量密度信息，傳輸給計算機19。

在上述光纖中子探測系統的開發過程中，必然要進行整套系統的功能、性能等各種測試。過去使用的方法是將探頭置于強中子場中，對系統運行測試；在需要對系統進行標定時，則將探頭置于已知能量與注量的輻射場中(如已經進行過標定的反應堆中某區域)進行實驗測試。由于在強中子場中進行的實驗需要從輻射防護角度考慮很多因素，是費時費力的。

發明內容

本發明的首要目的是提供一種用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭，以解決現有光纖中子探測系統進行測試與標定時需要引入強中子場，造成整個測試與標定過程較為繁瑣的技術問題。

為實現此目的，在基礎的實施方案中，本發明提供一種用于光纖中子探測系統測試與標定的探頭，所述的探頭包括光纖末端、均勻涂覆在光纖末端表面的探測材料，及覆蓋在探測材料外的金屬蓋帽，

所述的探測材料由含²³²Th的物質以及閃爍體材料組成；