[发明专利]一种基于量子点的中子能谱测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及中子能谱测量，特别是一种基于量子点的中子能谱测量方法，属于核技术及应用、放射医学与辐射生物学、辐射防护等多学科交叉领域中的能量测量。

背景技术

中子能谱信息能够为屏蔽设计、辐射剂量监测、探测器的选择提供重要的信息，目前中子能谱信息的获取方法通常有以下两种：（1）直接测量法。对单个中子能量进行直接测量，在统计的基础上获得中子能谱信息，其代表方法是中子飞行时间测量法。中子飞行时间测量法的优点在于能量分辨高，但由于整个测量系统需要屏蔽和准直系统、范围巨大的空间（通常飞行距离为8-9m），复杂的电子学系统，所以中子飞行时间法只是针对特定的中子源进行中子能谱测量，没有普适性；（2）间接测量法。利用对中子能量响应函数不同的探测器，将多个探测器放置于未知辐射场获取多个探测器的读数，通过建立方程组，使用反卷积方法求解方程组，获得中子能谱信息。目前设计对中子能量响应函数不同的探测器的方法是通过改变慢化体厚度的方法，如Bonner多球中子谱仪，或是采用反应阈值不同的材料，如多箔活化片法。根据这些方法设计的具有不同中子能量响应函数的探测器的数目较少（小于20个），因此建立的方程组自由度较大，求解出中子谱能量分辨率较低。这种测量方法的优点是测量系统具有移植性，能够适用于大部分中子源的中子能谱测量。

量子点的三维尺寸等于或者小于其激子波尔半径，量子点呈现出特殊的光学性质和稳定性，广泛应用于生物学和医学研究，作为发光材料，目前是显示、照明等研究领域的热点。量子点在辐射测量领域的也开始受到关注。但目前并未发现同时使用多种量子点组成的探测器用于中子能谱测量。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于量子点的中子能谱测量方法，有效改善了中子能谱测量结果能量分辨率。

本发明技术解决方案：一种基于量子点的中子能谱测量方法，实现步骤如下：

（1）刻度量子点光学信号强度与中子能量的函数关系

将待刻度的能量范围划分的为N个能群，N>20，第j个能群的能量为E_j，其中j=1,2,3…N，如将10^-9MeV到650MeV能量范围划分为60个能群。中子探测器采用M种量子点，M>3，将M种量子点和量子点光学信号强度采集系统置于已知辐射场中，M种量子点所放置位置处的中子能量E_j，这时量子点光学信号强度采集系统测量到第i种量子点光学信号强度L_i(E_j)，i=1,2,3…M。最终根据N个能群的中子能量和相应的M种量子点的光学信号强度，得到M种量子点光学信号强度对中子能量的响应函数，第i种量子点光学信号强度对中子能量的响应函数为R_i(E_j)。

（2）测量未知辐射场中量子点光学信号强度

将M种量子点和量子点光学信号强度采集系统放置于未知辐射场中，量子点光学信号强度采集系统测量到第i种量子光学信号强度L_i，L_i的标准差为σ_i；

（3）根据步骤（2）未知辐射场中所述量子点光学信号强度L_i，以及步骤（1）中所述量子点光学信号强度对中子能量响应函数R_i(E_j)，建立方程组使用反卷积方法求解方程组，获得方程组解为F(E_j)，F(E_j)为能量为E_j的中子通量，F(E_j)即为中子能谱信息。

所述M种量子点中的每个量子点的三维尺寸小于量子点的发射光谱中峰值处的波长。

M种量子点中每两种量子点的发射光谱中峰值波长相差超过10nm。例如选择4种量子点，4种量子点发射光谱中峰值波长分别为400nm，500nm，550nm，600nm。

所述量子点光学信号强度采集系统包括：M个光学分频器、M个波长转换剂、M个光电倍增管、多道分析器和处理和存储设备；M种量子点产生的光学信号输入M个光学分频器，由M个光学分频器分为M个光学信号，M个光学信号输入M个波长转换剂，M个波长转换剂将M个输入光学信号转换为适宜接收波长范围后至输入M个光电倍增管，M个光电倍增管将光学信号转换为M个电信号，所述M个电信号分别输入至多道分析器，多道分析器将M个电信号转换为数字信号后将数字信号输入处理和存储设备中，由处理和存储设备对数字信号进行处理和存储。