[发明专利]多壳中子谱仪(MuNS)

说明书

本发明总体涉及一种用于测量中子辐射的设备，具体地说，涉及一种用于确定中子辐射的能量分布的便携式设备。该设备解决了使用聚乙烯壳的中子探测器的便携性问题。它包括：中心球；多个球形壳，其同心地布置在中心球外部，以依次装配到彼此中并降低撞击中子的能量，由此每个壳沿着赤道被分成半球并具有特定的内径和外径；一对径向相对的穿孔，其位于中心球的赤道处并在每个壳的赤道处分成两半，每个壳布置和定向成使得中心球和每个壳的穿孔对齐以形成连续的空间；至少一个中子探测器，其位于设备内部；以及高度可调的支撑组件，其附接到最外层壳的基座。

技术领域

本发明总体涉及用于测量中子辐射的设备。具体来说，它涉及测量中子、确定中子+能量分布和估计中子剂量的便携式设备。

背景技术

中子具有独特的性质，这使得它们非常适合在环境和农业研究、生物医学研究、纳米技术、材料科学和核物理等领域的大量应用。了解这些粒子对于裂变反应堆的运行以及聚变反应堆和新裂变反应堆的开发也是至关重要的。在医疗领域，直线加速器(LINAC)和正电子发射断层扫描(PET)回旋加速器产生中子作为副产品。这些应用要求对中子场进行表征，以评估对辐射工作者和公众的潜在中子剂量。然而，中子注量-剂量转换系数很大程度上取决于中子能量。因此，必须确定中子谱，以确保中子剂量得到严格评估。最广泛使用的中子谱仪是邦纳球谱仪(BSS)，它由嵌入不同直径聚乙烯(PE)球中心的热中子探测器构成。PE球中的中子慢化取决于入射中子能量和球的大小。因此，BSS系统需要多个不同直径的慢化球来解决每个位置中子的能量分布。由于所需球的数量及其高密度，常规的邦纳球往往体积庞大、重量大且在现场测量中具有挑战性。然而，由于BSS的各向同性响应和对大范围中子的敏感性，它仍然是中子光谱分析中使用的标准装置。一些设计提出了慢化剂组和热中子探测器的替代配置。其中包括使用圆柱形PE慢化剂，这是准直中子场的理想选择。嵌套慢化剂配置和嵌入慢化剂中的多个探测器同样设计为提供比BSS更紧凑的替代方案。热中子探测器嵌入慢化剂也有多种选择。有源中子探测器比如¹⁰BF₃和³He比例计数器以及⁶LiI(Eu)闪烁体已被使用，可以进行实时测量。然而，这些探测器易受死时间损失、脉冲堆积和电磁干扰的影响，这些在LINAC、PET回旋加速器和其他强辐射场中是典型的。无源中子探测器在这些恶劣环境中提供了更好的替代。无源探测器还具有额外的优势，即降低成本、对伽马辐射的低灵敏度以及即使在恶劣环境下也能工作的多功能性。无源系统中使用的中子探测器包括热发光剂量计(TLD)和活化箔，比如金、铟和镝。

有多项专利与所公开的设备密切相关。US9625590B1讨论了一种中子探测系统，该系统包括中子探测器，该中子探测器包括多个中子探测装置、多个离散中子慢化元件，其中每个中子慢化元件设置在两个或更多个中子探测装置之间，多个中子探测装置和多个离散中子慢化元件沿着公共轴线设置，控制系统配置为生成探测器响应库。

CN109799527讨论了中子谱测量装置和邦纳球谱仪系统，其中中子谱测量装置使用金刚石探测器作为热中子计数器，具有对热中子探测效率低、响应快的优势。

KR20110057807公开了可变几何型邦纳球系统和使用该系统测量中子能量的方法，以将高能中子转换成热中子，其中所述几何型邦纳球系统包括热中子探测器和热中子转换单元。

JP2018200235提出了中子探测器和中子测量装置，其能够以高精度获得超热区中的中子谱，其中所述中子探测器包括含Li闪烁体，其接收飞行中子以产生光发射；包围含Li闪烁体的第一壳，以及覆盖第一壳外部的第二壳。

菲律宾核研究所(PNRI)最近建立了中子实验室，目前正在建造亚临界反应堆组件，作为核科学和技术能力建设活动的一部分。为了支持这些项目，设计了由同心PE球壳构成的多壳中子谱仪(MuNS)。壳可以布置成与10种不同直径的实心PE球相匹配，并且可以容纳无源和有源中子探测器。

发明内容