[发明专利]基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统及方法

权利要求书

1.一种基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于包括两排移波光纤阵列(1)、第一定时光纤束(2)、第二定时光纤束(4)、第一延迟光纤束(3)、第二延迟光纤束(5)、中子灵敏闪烁体(6)、第一光电探测器(7、第二光电探测器(8)、高速数据采集(9)和计算机(10)；两排移波光纤阵列(1)分别位于中子灵敏闪烁体(6)相对的两个平面，且相互垂直排列；其中一排的移波光纤阵列的一端经第一定时光纤束(2)和第一延迟光纤束(3)与第一光电探测器(7)耦合，另一端做抛光处理涂吸收层；另一排的移波光纤阵列的一端经第二定时光纤束(4)和第二延迟光纤束(5)与第二光电探测器(8)耦合，另一端做抛光处理涂吸收层；第一光电探测器(7)和第二光电探测器(8)的输出信号经过高速数据采集(9)采集后输入至计算机(10)；定时光纤束和延迟光纤束中的光纤与移波光纤阵列进行耦合的编码方式；第一定时光纤束(2)和第二定时光纤束(4)采用相同长度的光纤，第一延迟光纤束(3)和第二延迟光纤束(5)的长度按等长度差递增的光纤组成。

2.根据权利要求1所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述延迟光纤束的长度大于定时光纤束中的光纤长度。

3.根据权利要求1所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述移波光纤阵列与定时光纤束和延迟光纤束之间的光纤采用一对一的方式进行耦合。

4.根据权利要求1或3所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述移波光纤与定时光纤和延迟光纤之间利用微透镜连接提高光的耦合效率。

5.根据权利要求1或3所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述中子灵敏闪烁体(6)为发光衰减时间大于纳秒级的闪烁体。

6.根据权利要求1或5所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述闪烁体的厚度为3-5mm。

7.根据权利要求1所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述定时光纤束和延迟光纤束制作材料为对大芯径多模光纤。

8.根据权利要求1所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述光电探测器为MCP-PMT或Si-PMT。

9.根据权利要求1所述基于延迟编码的光纤阵列中子位置灵敏探测系统，其特征在于：所述高速数据采集系统(9)带宽大于1GHz。

10.一种利用权利要求1～9所述任一项探测系统的中子作用位置和作用时间判断方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：按照编码方式进行耦合，建立移波光纤阵列与定时光纤束和延迟光纤束之间每根光纤之间的一一对应关系；所述编码方式；第一定时光纤束(2)和第二定时光纤束(4)采用相同长度的光纤，第一延迟光纤束(3)和第二延迟光纤束(5)的长度按等长度差递增的光纤组成；

步骤2：实验获取中子与闪烁体作用发出的荧光经第一定时光纤束(2)和第一延迟光纤束(3)传输到第一光电探测器(7)上形成的第一多脉冲电流信号波形，以及中子与闪烁体作用发出的荧光经第二定时光纤束(4)和第二延迟光纤束(5)传输到第二光电探测器(8)上形成的第二多脉冲电流信号波形；

步骤3：根据实测的多个脉冲电流信号波形，计算相邻两个脉冲电流信号峰值之间的时间差，由时间差换算等效延迟光纤的长度；

步骤4：根据所述编码方式判断接收到闪烁体受中子激发发出的荧光的移波光纤，确定中子的作用位置；根据第一个脉冲电流信号的产生时刻扣除荧光经过定时光纤束所用的时间得到中子与探测系统的发生作用的时间。