[发明专利]中子辐射检测系统和方法

说明书

γ辐射检测装置包括检测γ辐射的闪烁检测器，所述检测器包括闪烁材料，所述闪烁材料包括元素，所述元素通过所述元素的中子活化产生发射γ辐射的同位素，以及处理器，其配置为监测由所述同位素发射的γ辐射，从而检测所述γ辐射检测装置对中子辐射的暴露。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月15日提交的美国临时专利申请62/422,168的权益。该申请的内容以全文引用的方式并入。

技术领域

本发明一般涉及中子辐射检测。

背景技术

例如，通过核研究设施搜索隐藏的放射性物质或对形成的辐射场的敏感表征通常由包含非常灵敏的闪烁检测器的移动、便携和可穿戴的仪器执行。这些仪器通常仅设计用于使用闪烁体材料例如NaI(Tl)、CsI(Tl)、LaBr₃(Ce)、CeBr₃进行γ辐射的检测和光谱分析，尽管也可能期望检测中子辐射，以涵盖危险和高放射性毒性物质如钚或工业中子源(如AmBe或Cf-252)受到严重γ阻挡或被其他放射性物质掩盖的情况。然而，设计用于γ和中子辐射检测的仪器要昂贵得多。由于需要校准附加的中子检测器，通常会产生额外的不便和拥有成本。这种检测器的实例是具有He-3、B-10气体或B-10壁涂层的充气比例计数管。含有Li-6的中子敏感闪烁检测器也是已知的，例如LiI(Eu)。最近，γ/中子光谱晶体如Ce掺杂的Cs₂LiYCl₆(“CLYC”)或Cs₂LiLaBr₆(“CLLB”)已经可用。这些闪烁检测器专用于光谱γ测量和中子探测，但基于这些晶体的仪器可能在高强度γ场的情况下无法探测到中子辐射。

中子活化分析是确定样品中痕量元素浓度的众所周知的技术。对于常规中子活化分析，首先将样品材料暴露于高中子注量率，然后从中子场中取出并放置在光谱γ检测器旁边。测量和分析由中子俘获或其他中子诱发的核反应产生的放射性同位素的延迟γ辐射，以确定某些元素的浓度。为了反转测量的目的，可以通过在未知强度的中子场中照射已知的金属箔来进行中子注量测量。该方法的缺点包括需要主动执行这些测量步骤，低暴露情况下的有限检测灵敏度，以及在高暴露情况下处理目标材料的用户的潜在辐射暴露。

最近已经使用含有碘的闪烁体材料来测量脉冲中子辐射。参见Nohtomi等人的PCT申请PCT/JP2014/056812，其公布为WO 2014136990A1，在此以全文引用的方式并入(然而，当所并入参考文献中的任何内容与本申请案中所陈述的任何内容抵触时，以本申请案为准)。这里，I-128是由中子俘获产生的，发射的β辐射在闪烁体晶体中被吸收并被检测到。该技术的局限和缺点可以在图1中看到，由于在电离粒子(电子)和非电离粒子(抗中微子)之间共享衰变能量，因此β能量的宽且连续分布范围为0至约2MeV。因此，在例如低暴露情况下难以将诱导的放射性与背景辐射区分开。此外，该方法限于含有碘的闪烁晶体，例如NaI(Tl)或CsI(Tl)。

因此，需要通过闪烁体材料的中子活化来进一步改进中子辐射的检测。

发明内容

在一个实施方案中，γ辐射检测装置包括检测γ辐射的闪烁检测器，所述检测器包括闪烁材料，所述闪烁材料包括元素，所述元素通过所述元素的中子活化产生发射γ辐射的同位素，以及处理器，其配置为监测由所述同位素发射的γ辐射，从而检测所述γ辐射检测装置对中子辐射的暴露。在一些实施方案中，所述元素可以是溴(Br)。在这些具体实施方案中，所述同位素可包括Br-80m和Br-82m。在某些实施方案中，所述同位素可进一步包括Br-80和Br-82，其中所述处理器进一步配置成监测由Br-80和Br-82同位素发射的β辐射。在某些其他实施方案中，所述元素可以是(Cs)。在这些具体实施方案中，所述同位素可包括Cs-134m。在某些实施方案中，所述同位素可以进一步包括Cs-134，其中所述处理器进一步配置为监测由Cs-134同位素发射的β辐射。所述处理器还可以被配置为在所述γ辐射检测装置暴露于中子辐射之后监测由所述同位素发射的持续γ辐射。