[發明專利]用于核素識別的白光中子成像方法及系統

有效

• 申請號: 202110760295.2
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113341453B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 敬罕濤;田斌斌;孫艷坤;李強
• 申請（專利權）人: 散裂中子源科學中心;中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T3/08
• 分類號: G01T3/08
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕;彭家恩

一種用于核素識別的白光中子成像系統及方法，包括能夠發射出白光中子束的白光中子源、轉換屏和伽瑪射線探測器，使用純B?10作為轉換屏，B?10具有很大的中子吸收截面，且沒有共振峰結構，對全共振能區中子都具有較高的探測效率，吸收一個中子后會放出一個約480keV伽瑪射線，也就是說，以伽瑪射線為中子被捕獲的信號，再利用對伽瑪射線敏感的伽瑪射線探測器探測該能量的射線，因此可以實現全能區的中子成像功能。從而，將待測樣品放置在白光中子源和轉換屏之間，可以探測到透過樣品之后的白光中子的位置信息和能量信息，由此，利用白光中子束的寬譜特點，結合B?10轉換屏和伽瑪射線探測器，能夠高效、低成本的實現核素識別以及寬譜中子成像。

技術領域

本發明涉及無損檢測領域，具體涉及一種用于核素識別的白光中子成像方法及系統。

背景技術

中子具有深穿透的特點，特別適合大構件的樣品內部成像檢測。白光中子束是指能譜非常寬的中子束流，通常束流里面的中子能量范圍從0.025eV(熱中子能區)到幾十兆電子伏(快中子)。白光中子束與物質相互作用時，不同的核素與一定能量的中子產生共振吸收反應，在白光中子能譜上形成特征共振峰結構，從而也可以實現核素(包含同位素)識別。

目前，國內外中子成像技術里僅對熱中子成像技術相對成熟些，熱中子成像主要采用基于He-3的氣體探測器陣列為主，由于He-3元素與熱中子的相互作用截面非常大，利用這個特點，He-3中子探測器的探測效率對熱中子具有很高探測效率。使用He-3探測器組成探測陣列就可以實現位置分辨熱中子成像技術。但是He-3由于稀少，具有價格貴，封裝后體積大的缺點，實現高位置分辨需要較大的布局空間。

對于超熱中子成像，目前有基于摻硼元素的微通道板版探測器，此種探測器特點是利用B-10對中子的髙俘獲吸收截面，間接激發帶電粒子，然后通過帶電粒子測量確定中子。由于微通道板本身具有很好的位置分辨。但是目前此種探測器的微通道上涂硼具有很高技術難度，同時由于涂硼的量占比也較低，中子探測效率增益有限。另外，制造價格非常昂貴。

目前，還有一種方法是基于轉換屏的CCD或者CMOS高速相機方法。由于當前高速相機技術比較成熟，該方法使用較廣。該方法中的轉換屏通常采用含鋰、釓等對中子敏感的材料。然后通過照相機捕獲轉換屏上發出的熒光進行成像。但是，該方法受相機自身缺陷限制，不能實現連續的寬譜中子測量，每次只能選擇很窄一個能量范圍，并不能實現對全共振能區的白光中子成像。

實現熱中子能區到幾十兆白光中子探測及成像，不僅可以實現關鍵部件內部成像，而且可以實現內部核素分布分析。全共振能區的白光中子成像是實現核素識別的重要手段，特別是對于金屬部件檢測的可行手段。

因此，需要提供一種能夠用于核素識別的白光中子成像方法，使得能夠高效率、低成本的實現全共振區能量范圍的核素識別的寬譜中子成像。

發明內容

本發明提供一種用于核素識別的白光中子成像系統及方法，使得能夠高效率、低成本的實現全共振區能量范圍的核素識別的寬譜中子成像。

根據第一方面，一種實施例中提供一種用于核素識別的白光中子成像系統，包括：

白光中子源，用于出射第一白光中子；

轉換屏，所述轉換屏具有預設厚度，且材料為B-10，所述轉換屏用于俘獲出射至所述轉換屏表面上的第二白光中子，并將俘獲的所述第二白光中子轉換成轉換射線，所述轉換射線中包括伽瑪射線；

伽瑪射線探測器，能夠探測經過所述轉換屏轉換后所發出的伽瑪射線的位置信息或能量信息；

成像單元，用于根據所接收的伽瑪射線的位置信息或能量信息得到入射在所述轉換表面屏上的第二白光中子的位置信息或能量信息。

可選的，所述伽瑪射線探測器為碲鋅鎘半導體探測器。

可選的，所述轉換屏的厚度為0.08mm-10mm。