[发明专利]一种多层球形聚乙烯慢化体和单探头中子能谱及注量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层球形聚乙烯慢化体和中子能谱及注量的测量装置，特别是一种单探头中子能谱及注量测量装置，属于核物理、核技术及应用等领域。

背景技术

中子飞行时间谱仪、反冲质子法、核反应型测量等是常用的中子谱测量方法，在辐射防护领域，虽然对分辨率要求不高，但由于所测量的中子能谱的能量范围广，目前技术成熟的辐射防护用中子谱仪只有多球中子谱仪。

多球中子谱仪是由多个带有不同直径球形聚乙烯慢化体的中子探测器组成，每个中子探测器是由聚乙烯球形慢化体和放置其中心的热中子探测器（球形³He中子正比计数管）组成，每个中子探测器具有不同的中子能量响应函数。

入射中子经球形聚乙烯慢化体，利用中子与氢核弹性散射慢化，只有慢化到热中子那部分中子与³He原子核发生核反应，产生带电粒子p和T，才能被³He中子正比计数管探测：³He+n→T+p+0.765MeV

³He对热中子的反应截面大为5400(b)，为提高探测热中子灵敏度，球形³He中子正比计数管内³He气体可充成较大气压，一般为2个大气压以上。核反应产生的p和T在³He气体中电离，经正比放大后在电极形成脉冲输出，仪器或核电子学电路将脉冲记录下来，测出计数。

由于球形慢化体的直径不同，每个中子探测器对入射中子的能量响应不同，依据每个中子探测器的能响曲线和测得中子辐射场计数数据，利用中子能谱解谱程序求出入射中子能谱。

现有的Bonner谱仪无法直接测量中子注量，且使用多个球形中子探测器，因此需要多个³He球形中子探测器和电子学线路，由于使用不同球形中子探测器和电子学线路，一致性难以保证。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对解决现有的Bonner谱仪存在探测器之间的一致性问题和功能单一的问题，提供一种一致性好、能够测量能谱和注量的球形聚乙烯慢化体及单探头中子测量装置。

本发明的技术解决方案：一种多层球形聚乙烯慢化体，从内至外由具有若干个内径不同的球形聚乙烯慢化体层层累加构成，i=1，2，3，4……n，其中第1个球形聚乙烯慢化体的内径等于球形中子探测器的直径；以后i=2，3，4……n的每个球形聚乙烯慢化体的内径等于第i-1个球的外径。

所述多层球形聚乙烯慢化体的层能够拆卸更换，因此采用的单个球形中子探测器和一套电子学线路，可以通过层层累加的方式获得现有的Bonner谱仪多台探测器的数据。

一种单探头中子能谱及注量测量装置，其特征在于包括：多层球形聚乙烯慢化体、球形中子探测器、核电子学电路和高低压电路和单片机；多层球形聚乙烯慢化体包裹球形中子探测器，多层球形聚乙烯慢化体对中子进行慢化，使中子慢化后能够易被球形中子探测器所探测，核电子学电路对球形中子探测器所探测的信号进行放大和n-γ甄别，单片机对信号进行处理和显示测量结果。

当球形中子探测器外围有m个内径不同的球形聚乙烯慢化体时，所述球形中子探测器的对不同能量（10^-9-100MeV）中子的注量率灵敏度ε（探测器读数/中子注量率）变化小于10%，m≥1。这时探测器的中子的注量率灵敏度ε可近似为常数，因此注量率灵敏度与中子能量无关，通过探测器的读数除以注量率灵敏度就能得到中子注量率。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）由于本发明采用的是球形聚乙烯慢化体，因此本发明对中子的响应是基本与方向无关的，即对任何入射方向的同一能量的中子的响应是相同的。由于本发明采用可以层层累加的球形聚乙烯慢化体，因此本发明可以采用单个球形中子探测器和一套电子学线路获得现有的Bonner谱仪多台探测器的数据，在经济性上好于现有的Bonner多球谱仪探测器，并且Bonner多球谱仪探测器和电子学线路的差异造成的一致性问题可以得到解决。

（2）现有的Bonner谱仪无法直接测量中子注量，本发明单探头中子测量装置除具有现有的Bonner谱仪功能外，通过叠加球形聚乙烯慢化体使探测器注量率灵敏度对不同能量的中子基本相同时，根据读数和注量率响应系数直接获得注量信息。

附图说明

图1为本发明的多层球形聚乙烯慢化体及球形中子探测器结构图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为从第1层球形聚乙烯慢化体累加到第8层球形聚乙烯慢化体，本发明装置的响应函数；