[发明专利]基于Pulse-Current模式的宽动态范围中子通量测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及核探测领域，尤其是一种基于Pulse-Current模式的宽动态范围中子通量测量系统及方法。

背景技术

裂变室探测器因其具有较好的γ抑制能力而被广泛的应用在中子通量监测领域。中子和裂变室中的裂变材料(如²³⁵U)相互作用时会产生裂变碎片，碎片在室内漂移过程中引起气体电离从而输出脉冲信号。当中子通量较低时，裂变室输出的脉冲信号堆积概率很小，通过对脉冲进行计数即可得到中子的通量，这种工作模式称为Pulse模式；随着中子通量的增加，探测器输出脉冲开始堆积，Pulse模式将无法得到正确的通量值，此时可采用Campbell模式，即通过测量堆积后脉冲信号的均方值来反推出入射中子的通量；而当中子通量继续增加以致探测器输出信号成为缓慢变化的近似直流信号时，多采用Current模式，即通过测量该近似直流信号的平均值来求解入射中子通量。

采用Campbell模式的最大优势在于其对本底射线(如γ等)有最优的抑制能力。对于裂变室而言，因作用机理的不同，中子信号的幅度一般远远大于本底射线，对信号进行平方后，两者的幅度差异将进一步增大，从而使得本底射线对均方值的贡献极大的降低。Current模式由于只取平均值，虽然动态范围相对于取均方值的Campbell模式有所增加，但其对本底射线的抑制能力却远远不如Campbell模式，故该模式仅用在中子通量非常大以致可以忽略本底射线影响的情形。因此，大多数情况下的宽动态范围中子通量的测量均是基于Pulse-Campbell模式进行的。

然而，由于信号的均方值对信号噪声非常敏感，故Campbell模式在取得优异本底射线抑制能力的同时，对信噪比的要求也极大的提高。目前发展的技术均集中在如何降低Campbell模式下的系统信噪比，虽然也取得了一定的成效，但均未能从根本上解决这个矛盾。

发明内容

为了解决传统的宽动态范围中子通量测量过程中对本底射线抑制能力和信噪比要求之间的矛盾。本发明提出一种基于Pulse-Current模式的宽动态范围中子通量测量系统及方法。

根据本发明的一方面，提出一种基于Pulse-Current模式的宽动态范围中子通量测量系统，该系统包括：裂变室、参考室、Pulse模块、Current模块、后处理模块和模式选择模块，其中：

所述裂变室用于探测中子，辐射环境中的本底射线以及裂变材料自发裂变所产生的粒子，并向所述Pulse模块和所述Current模块分别输出中子信号、本底信号及其他干扰信号；

所述参考室用于探测本底射线，并向所述Current模块输出本底信号；

所述Pulse模块与所述裂变室连接，其工作在Pulse模式下，用于通过幅度甄别的方式从所接收的信号中扣除所述本底信号和其他干扰信号，并对所述中子信号进行计数，完成低中子通量下的测量；

所述Current模块与所述裂变室和所述参考室连接，其工作在Current模式下，用于对接收到的脉冲信号进行积分，并求其平均值；对应于所述裂变室的输出，所述Current模块所得到的平均值记为V₁，对应于所述参考室的输出，所述Current模块所得到的平均值记为V₂；

所述后处理模块与所述Current模块连接，其通过处理两个平均值V₁和V₂来求解得到纯中子的通量；

所述模式选择模块与所述Pulse模块和所述后处理模块连接，用于基于所述Pulse模块和所述后处理模块的输出，在Pulse和Current两种工作模式之间选择一模式并将该模式所对应的结果，即所述Pulse模块的输出或所述后处理模块的输出，作为最终的中子通量输出，完成宽动态范围中子通量的测量。

根据本发明的另一方面，提出一种基于Pulse-Current模式的宽动态范围中子通量测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，裂变室探测中子，本底射线以及裂变材料自发裂变所产生的粒子，并向Pulse模块和Current模块分别输出中子信号、本底信号及其他干扰信号；同时，参考室探测本底射线并向所述Current模块输出本底信号；