[发明专利]一种基于充气同心球的中子能谱测量装置

说明书

本发明涉及核辐射探测技术领域，提供一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，包括热中子探测器、同心耐高压球形壳、配气单元、信号处理单元；所述热中子探测器位于设备的中心位置，所述同心耐高压球形壳包裹于热中子探测器外层，同心耐高压球形壳的内壁与外壁之间形成耐高压空腔，所述配气单元与同心耐高压球形壳连通，用于向球壳内充入慢化气体，通过改变气体的压强实现慢化厚度的调节，所述信号处理单元对热中子探测器的输出信号进行处理。本发明装置只有一个球体，避免了多个慢化球之间的相互干扰；结构简单，不需增加设备的尺寸即可实现不同慢化厚度下的测量；可以远程操作，便于高剂量率等场合使用。

技术领域

本发明涉及核辐射探测技术领域，具体的说是一种基于充气同心球的中子能谱测量装置。

背景技术

中子不带电，具有较强的穿透能力，一般通过与原子核的碰撞或核反应来损失能量。中子与物质的相互作用方式通常与其能量相关，因此需要对中子的能量信息进行测量，例如核反应堆、加速器等大型核设施等均包含中子能谱测量。同时中子与人体中主要元素（碳、氢、氧等）的反应截面较大，对人体的安全有较大的威胁，需要对中子的剂量进行实时监测，通过测量中子能谱可以实现中子剂量的转换。

传统中使用的中子谱仪一般为多球中子谱仪，具有操作简单、各项同性的优点。多球中子谱仪由多个慢化球构成，慢化球的直径不同，其慢化材料主要有聚乙烯和石蜡两种，每个慢化球中心都放置了一个热中子探测器。对于直径小的慢化球，低能中子响应较高，高能中子慢化程度低，因此响应低；对于直径的大慢化球，高能中子经过充分的慢化后会有较大响应。多个慢化球对中子的能量灵敏区间均不同，即响应函数不同，通过对各球测量得出的热中子计数进行解谱可以获得中子能谱。

传统的多球中子谱仪存在球与球之间的相互干扰，影响测量精度。当需要精确测量、增加测量数据时，探测球的个数较多，增加了设备的复杂度，使得仪器较为庞大笨重，不利于小空间内使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，设备只有一个球体，避免了球与球之间的相互干扰；结构简单，不需增加设备的尺寸即可实现不同慢化厚度下的测量；理论上可以有无数种慢化厚度，可以大大提高测量的精细度；可以远程操作，便于高剂量率等场合使用。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种基于充气同心球的中子能谱测量装置，包括热中子探测器、同心耐高压球形壳、配气单元、信号处理单元；所述热中子探测器位于设备的中心位置，实现对热中子的探测，所述同心耐高压球形壳包裹于热中子探测器外层，同心耐高压球形壳的内壁与外壁之间形成耐高压空腔，用于充入慢化气体，同心耐高压球形壳与热中子探测器同心，所述配气单元与同心耐高压球形壳连通，用于向球壳内充入慢化气体，通过改变气体的压强实现慢化厚度的调节，所述信号处理单元对热中子探测器的输出信号进行处理。

本发明只需要一个测量装置即可实现不同慢化厚度的测量，不需要增加其他的慢化球，因此避免了多球中子谱仪中球与球之间的相互干扰。本发明测量装置为球形结构，具有各向同性的优点。

在上述技术方案中，所述热中子探测器包括但不限于球形³He正比计数管等。

在上述技术方案中，所述慢化气体包括但不限于有机气体、氦气、含硼气体等。对同心耐高压球形壳空腔中充入气体作为慢化剂，通过改变气体的压强实现慢化厚度的改变，由于气体的压强灵活可调，可以任意设置，理论上可以有无数种慢化厚度，大大提高测量的精细度。

在上述技术方案中，气体压强可以通过气路远程控制，方便设备在高剂量率环境中使用。设备结构简单，尺寸较小，便于在空间有限的环境下使用。

在上述技术方案中，在同心耐高压球形壳内设置辅助层，辅助层材质为铜、铅、或钨。

在上述技术方案中，所述同心耐高压球形壳为多层结构，各层中充入不同的慢化气体，形成多层慢化剂的结构。