[發明專利]一種基于碲鋅鎘探測器陣列的中子源位置測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202011154147.8
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112526583A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 黑大千;孫愛赟;求夢程;趙冬
• 申請（專利權）人: 南京即衡科技發展有限公司
• 主分類號: G01T3/00
• 分類號: G01T3/00;G01T1/36
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明提供一種基于碲鋅鎘探測器陣列的中子源位置測量裝置，包括探測器本體，探測器本體最外層為中子非彈散射材料層，探測器本體幾何中心處設置伽馬射線探測器；伽馬射線探測器與中子非彈散射材料層之間設置有若干層中子慢化體和若干層中子俘獲材料，中子慢化體與中子俘獲材料隔層交錯；中子慢化體內設置有若干個呈陣列分布的碲鋅鎘探測器；碲鋅鎘探測器與信號放大器、模數轉換器、多道分析器和電腦依次連接；本發明還提供一種基于碲鋅鎘探測器陣列的中子源位置測量裝置的測量方法。本發明利用不同入射方向的中子在不同位置的碲鋅鎘探測器能譜響應函數不同，根據能譜解析之后的差異判斷中子入射方向，實現了4π方向中子入射測量的一致性與準確性。

技術領域

本發明屬于輻射探測技術領域，具體涉及一種基于碲鋅鎘探測器陣列的中子源位置測量裝置及測量方法。

背景技術

特種核材料、核廢物中含有大量不同的放射性核素，其中部分關鍵核素的伽馬射線的能量較低（如²³⁵U的185.7keV，分支比為57.2%），檢測對象外部也往往有一定厚度的屏蔽保護結構。伽馬射線在屏蔽結構中的穿透深度有限，在外部很難獲取足夠多的信息，因此很難實現利用伽馬射線對屏蔽結構內²³⁵U等元素的追蹤。特種核材料、核廢物中含有的大量鈾與重鈾元素，會以自發或誘發裂變的方式釋放出高能中子。由于中子能量較高，并且一次裂變會釋放多個中子，因此其能夠作為特種核材料、核廢物的特征指示。中子是電中性的，在材料中具有深穿透性，較難用重金屬材料進行屏蔽，因此可以利用中子信號實現對深處的管理對象的檢測。隨著核技術的不斷發展，中子應用技術被越來越多的應用到了各個領域中，并且在一些情況下需要對中子源的位置進行確定。針對復雜的檢測環境，利用單一探測器獲取的信號很難實現對中子源的定位。

多個探測器組成的中子散射相機能夠同時獲取中子源的位置與能量信息，進而實現對中子源的準確定位。中子散射相機通過對每一個中子有效信號提供的一個散射角，將其確定在一個“概率錐”上，這個概率錐與像平面的交點為一個橢圓，稱為“事件圈”，通過諸多中子有效信號的“事件圈”的疊加進行圖像重建，以此來確定中子源位置。并進一步建立相應的中子源分布成像重建方法，通過有限的中子有效信號，確定中子源所在位置。但是中子散射相機的探測效率較低，價格昂貴，位置分辨率較差。

因此，確有必要對現有中子源位置測量方法進行改進，建立一種新型的中子源位置測量裝置及測量方法，解決現有測量中子源位置方法及裝置之不足。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于碲鋅鎘探測器陣列的中子源位置測量裝置及測量方法。

本發明采用以下技術方案：

一種基于碲鋅鎘探測器陣列的中子源位置測量裝置，包括探測器本體，所述探測器本體最外層為中子非彈散射材料層，探測器本體的幾何中心處設置有伽馬射線探測器；所述伽馬射線探測器與中子非彈散射材料層之間設置有若干層中子慢化體和若干層中子俘獲材料，所述中子慢化體與中子俘獲材料隔層交錯設置；中子慢化體內設置有若干個碲鋅鎘探測器，所述若干個碲鋅鎘探測器在同一中子慢化體層呈陣列分布；所述碲鋅鎘探測器與信號放大器、模數轉換器、多道分析器和電腦依次連接。

進一步的，所述探測器本體呈軸對稱形，具體為球體或者圓柱體狀，伽馬射線探測器的響應與入射中子方向無關。

進一步的，所述中子慢化體與中子俘獲材料以伽馬射線探測器為中心，同心交錯設置；所述中子慢化體用于將快中子慢化為熱中子，所述中子俘獲材料與經過中子慢化體慢化后的熱中子反應產生瞬發伽馬射線。

進一步的，所述中子非彈散射材料層為重金屬材料，通過與快中子發生非彈性散射產生具有能量特征的瞬發伽馬射線。

進一步的，所述碲鋅鎘探測器層呈陣列分布在中子慢化體不同位置，在該位置中子已經過中子慢化體的充分慢化。