[發明專利]中子輻射檢測系統和方法

在審

• 申請號: 201780070254.2
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN109983364A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: M·埃瓦特塞恩科-博霍;E·萊德;R·皮耶恩;N·特羅斯特;R·布霍爾特
• 申請（專利權）人: 賽默飛世爾科學測量技術有限公司
• 主分類號: G01T3/00
• 分類號: G01T3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳潔;何焜

γ輻射檢測裝置包括檢測γ輻射的閃爍檢測器，所述檢測器包括閃爍材料，所述閃爍材料包括元素，所述元素通過所述元素的中子活化產生發射γ輻射的同位素，以及處理器，其配置為監測由所述同位素發射的γ輻射，從而檢測所述γ輻射檢測裝置對中子輻射的暴露。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年11月15日提交的美國臨時專利申請62/422,168的權益。該申請的內容以全文引用的方式并入。

技術領域

本發明一般涉及中子輻射檢測。

背景技術

例如，通過核研究設施搜索隱藏的放射性物質或對形成的輻射場的敏感表征通常由包含非常靈敏的閃爍檢測器的移動、便攜和可穿戴的儀器執行。這些儀器通常僅設計用于使用閃爍體材料例如NaI(Tl)、CsI(Tl)、LaBr₃(Ce)、CeBr₃進行γ輻射的檢測和光譜分析，盡管也可能期望檢測中子輻射，以涵蓋危險和高放射性毒性物質如钚或工業中子源(如AmBe或Cf-252)受到嚴重γ阻擋或被其他放射性物質掩蓋的情況。然而，設計用于γ和中子輻射檢測的儀器要昂貴得多。由于需要校準附加的中子檢測器，通常會產生額外的不便和擁有成本。這種檢測器的實例是具有He-3、B-10氣體或B-10壁涂層的充氣比例計數管。含有Li-6的中子敏感閃爍檢測器也是已知的，例如LiI(Eu)。最近，γ/中子光譜晶體如Ce摻雜的Cs₂LiYCl₆(“CLYC”)或Cs₂LiLaBr₆(“CLLB”)已經可用。這些閃爍檢測器專用于光譜γ測量和中子探測，但基于這些晶體的儀器可能在高強度γ場的情況下無法探測到中子輻射。

中子活化分析是確定樣品中痕量元素濃度的眾所周知的技術。對于常規中子活化分析，首先將樣品材料暴露于高中子注量率，然后從中子場中取出并放置在光譜γ檢測器旁邊。測量和分析由中子俘獲或其他中子誘發的核反應產生的放射性同位素的延遲γ輻射，以確定某些元素的濃度。為了反轉測量的目的，可以通過在未知強度的中子場中照射已知的金屬箔來進行中子注量測量。該方法的缺點包括需要主動執行這些測量步驟，低暴露情況下的有限檢測靈敏度，以及在高暴露情況下處理目標材料的用戶的潛在輻射暴露。

最近已經使用含有碘的閃爍體材料來測量脈沖中子輻射。參見Nohtomi等人的PCT申請PCT/JP2014/056812，其公布為WO 2014136990A1，在此以全文引用的方式并入(然而，當所并入參考文獻中的任何內容與本申請案中所陳述的任何內容抵觸時，以本申請案為準)。這里，I-128是由中子俘獲產生的，發射的β輻射在閃爍體晶體中被吸收并被檢測到。該技術的局限和缺點可以在圖1中看到，由于在電離粒子(電子)和非電離粒子(抗中微子)之間共享衰變能量，因此β能量的寬且連續分布范圍為0至約2MeV。因此，在例如低暴露情況下難以將誘導的放射性與背景輻射區分開。此外，該方法限于含有碘的閃爍晶體，例如NaI(Tl)或CsI(Tl)。

因此，需要通過閃爍體材料的中子活化來進一步改進中子輻射的檢測。

發明內容

在一個實施方案中，γ輻射檢測裝置包括檢測γ輻射的閃爍檢測器，所述檢測器包括閃爍材料，所述閃爍材料包括元素，所述元素通過所述元素的中子活化產生發射γ輻射的同位素，以及處理器，其配置為監測由所述同位素發射的γ輻射，從而檢測所述γ輻射檢測裝置對中子輻射的暴露。在一些實施方案中，所述元素可以是溴(Br)。在這些具體實施方案中，所述同位素可包括Br-80m和Br-82m。在某些實施方案中，所述同位素可進一步包括Br-80和Br-82，其中所述處理器進一步配置成監測由Br-80和Br-82同位素發射的β輻射。在某些其他實施方案中，所述元素可以是(Cs)。在這些具體實施方案中，所述同位素可包括Cs-134m。在某些實施方案中，所述同位素可以進一步包括Cs-134，其中所述處理器進一步配置為監測由Cs-134同位素發射的β輻射。所述處理器還可以被配置為在所述γ輻射檢測裝置暴露于中子輻射之后監測由所述同位素發射的持續γ輻射。