[发明专利]一种α探测器及D-T中子标记装置

说明书

本发明公开了一种α探测器及D‑T中子标记装置，其中，α探测器包括外壳、底座、闪烁体、光电倍增管阵列以及信号读出电路。本发明利用闪烁体对D‑T聚变反应产生的伴随α粒子进行探测，产生对应的闪烁光信号；利用由M×N个光电倍增管以M行N列的形成排布而成的光电倍增管阵列将所述闪烁光信号转换为对应的电信号；利用M×N个光电倍增管的快信号输出端耦合而成的时间标记信号端给出时间标记信号；利用信号读出电路对光电倍增管阵列输出的M×N路电信号进行简化，最终得到四路位置信号，从而提高了对D‑T聚变反应产生的伴随α粒子的时间、位置的分辨精度。

技术领域

本发明涉及核探测技术及中子应用技术领域，特别是涉及一种α探测器及D-T中子标记装置。

背景技术

D-T中子源利用低能氘离子束(通常几十至几百keV)轰击氚靶(通常为氚钛靶)，通过D-T聚变反应产生能量为14.1MeV的快中子，同时在其相反方向发射一个能量为3.5MeV的α粒子，因其出射中子的能量高，单色性好，在大尺寸部件内部结构无损检测、核材料元器件结构检测、核数据高置信度测量、隐匿爆炸物、毒品及化学战剂的主动检测等领域有着极为广泛的应用。

但是，在直接使用现行实验室中的D-T中子源开展上述工作，利用D-T聚变反应产生的D-T中子进行研究时，在没有进行标记的情况下，会有散射中子或裂变中子的存在，以至于无法区分信号来源，造成较高的本底信号的干扰，从而对自发及诱发裂变的核材料元器件检测及高置信度核数据测量等方向的应用产生较大的影响。通过对D-T反应伴随中子在相反方向产生的α粒子的探测，实现对出射中子的时间和方向的高精度标记，可显著降低D-T中子应用时的本底信号。

在国内，D-T中子源已发展得比较成熟，从小型便携的D-T中子发生管至基于加速器的大型中子源，总体已迈入国际先进水平。但D-T中子源的高精度时间、方向标记尚存在空白。在国内，清华大学徐四大等利用一种ZnS探测器研制了一种4路灵敏的伴随α探测器，结合D-T中子管开展了针对石油、爆炸物等方面的一些研究工作，但其时间分辨(1.5ns)、空间分辨(～3mm)、标记中子束锥角均难以满足当下的时间、方向及标记锥角的高精度要求；中国工程物理研究院电子工程研究所肖坤祥等曾利用PIN阵列探测器尝试研制D-T中子管的伴随标记系统，但未见后续应用报告。此外，国内东北师范大学及中国原子能科学研究院则开展了标记中子束在隐匿爆炸物的检测方向的应用研究，但其均采用俄罗斯进口的ING-27型标记D-T中子发生管。在国外，带标记D-T中子源的研究工作主要集中在美国、欧洲及俄罗斯。例如，美国热电公司的API-120型中子管利用YAP闪烁体结合光纤面板研制了一套D-T中子标记探测器，但其光纤面板的使用导致光传输效率较低，中子标记效率受限；俄罗斯全俄自动化研究所(VNIIA)研制的ING-27型中子发生器则利用硅半导体探测器作为伴随α探测器，其缺点是单个硅探测器难以做到很小(目前为3*3mm²)，且时间分辨受限(约2ns)；此外，意大利INFN在欧盟框架项目EURITRACK支持下利用64个独立YAP:Ce闪烁体研制了8*8阵列的伴随α探测单元，但其单个闪烁体尺寸较大(5.8*5.8mm²)，且采用单个闪烁体独立引出的方式，即64路输出信号，后端数据获取压力较大。

因此，在国外现有产品均存在一定问题，相关研究尚不满足实际使用需求的背景下，研制发展一种新型高精度时间、位置分辨的α探测器，对于进一步发展D-T中子应用技术，提高测量结果精度，有着极为重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种α探测器及D-T中子标记装置，以提高对D-T聚变反应产生的伴随α粒子的时间、位置的分辨精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种α探测器，所述α探测器包括：

底部开口的外壳，用于屏蔽外电磁场；

内部中空的底座，位于所述外壳的下方，且上端穿过所述外壳的底部开口，并与所述外壳紧密相接；所述底座的下端与D-T中子源的束流漂移管连接；