[发明专利]中子和γ射线监测器

说明书

背景技术

随着恐怖主义的增长，对于大规模杀伤性的放射性武器的有效探测器 或例如使用高原子量元素的用于屏蔽它们辐射形式进行探测的材料，存 在着日益增长的需求。特别关注的三种武器是所谓的“脏弹”、铀基原子 弹和钚基原子弹。例如，脏弹包含被放射性材料包裹的化学炸药，放射 性材料在爆炸时扩散，污染周围。能够通过由脏弹发出的放射线、γ和韧 致辐射这些最普遍的特征来探测脏弹。原则上能够通过²³⁵U或²³⁸U的γ 射线的鲜明特征来识别基于铀的原子弹。来自武器级²³⁵U的辐射通量较 低，因此需要极好的效率和优良的能量分辨率将²³⁵U和²³⁸U的特征γ射 线与背景γ射线和无害来源区别开来。通过中子发射能够探测钚基原子 弹。中子发射器是非常稀少的，因此高出中子背景水平数倍的中子源探 测可以作为存在钚的初步证据。

对于γ射线和中子的探测从它们的发现追溯起来具有很长的历史。有 大量可以获得的主题书籍和专论，例如，1999年由Wiley Press出版的 Glenn F.Knoll的“Radiation Detection and Measurement”第三版，全书在此 被引入结合作为参考。直到最近，辐射探测器都还几乎专门用于良性的 商业或研究应用中。自从20世纪40年代后期，Nal(TI)一种最广泛 使用的无机闪烁体问世之后，已经可以获得具有良好效率和能量分辨率 的γ射线设备。现在有一些无机和有机闪烁体，以及一些半导体探测器， 例如高纯度锗，可以买到它们用于配置为适于各种应用对高、低能量的γ 射线探测。能够通过例如光电倍增管、光电二极管和电荷耦合设备(CCD) 等探测来自这些闪烁体的光。但是，这些探测器无法探测由足够多的铅、 钨等高Z材料屏蔽的γ射线源。在20世纪60年底初，也已经能够获得 商业化的中子探测器。这些体积相当庞大的探测热中子的设备典型地用 充有BF₃或³He的比例气体计数器来探测。典型地能够用探测当活跃的 中子与氢核弹性碰撞时产生的高度电离的质子的可塑体和液体闪烁体来 测量高能中子。同样也可以通过用含氢材料热化或缓和中子的速度，并 用有效的热中子探测器来探测所产生的热中子，以判断快速中子的存在。 含有锂或磞的可塑体或液体闪烁体是采用此方法的探测器的例子。

发明内容

现有的商业化辐射探测器仍然是基于40多年前发展起来的中子和γ 探测技术。进步之处在于已经几乎完全电子封装和基于计算机对信息进 行分析。可获得的探测器技术仍然不满足成本效益的习惯，国家安全需 要对放射性武器的探测，包括选择性、效率、便携性和对三种主要类型 的放射性武器的探测。

在本发明的各个实施例中，一种装置包括新型的中子探测器，便于探 测例如钚等的中子发射源；γ射线探测器，便于探测铀等的γ射线源。

通过使用本发明的装置，能够选择性地探测渗透的中子辐射和γ射线， 并进行辨别。该装置可以包括第一光导，第二光导，以及夹在第一和第 二光导之间的对于入射的光子不透明的中子闪烁体板。该第一光导能够 光学耦合到第一光学探测器，该第二光导能够光学耦合道第二光学探测 器。该第二光导可以包含γ射线闪烁体材料。

该光导能够使快速中子热化，使得它们被该中子闪烁体捕获，产生可 见光。该热化光导可以包含热化快速中子的含氢材料。例如，光导可以 包含至少从水、有机溶剂、矿物油和有机聚合物中选择的至少一种材料。

该中子闪烁体可以包含热中子捕获同位素成分和一旦该捕获同位素 暴露于热中子中就闪烁的闪烁体成分。该捕获同位素的例子包括⁶Li、¹⁰B、 ¹¹³Cd和¹⁵⁷Gd。该中子闪烁体成分的例子包括⁶LiF和ZnS。

该γ射线闪烁体可以包含选自例如可塑体或液体闪烁体的含氢材料， 或例如Nal(Tl)、CsI(Tl)、BGO、BaF₂、LSO和CdWO₄的无机闪烁体的 材料。