[发明专利]基于CLYC闪烁体的空间中子探测系统、探测器及探测方法

说明书

本发明涉及一种基于CLYC闪烁体的空间中子探测系统、探测器及探测方法。所述探测系统包括中子探测单元、ADC数据采集单元、FPGA数据接收处理单元、存储器单元、反符合探测单元和反符合甄别电路；所述探测装置包括探测系统、屏蔽壳底盖、屏蔽壳、反符合闪烁体固定槽、模拟电路板安装固定孔和数字电路板安装固定孔；本方法首先由反符合甄别电路根据中子探测单元与反符合探测单元的响应情况以决定是否产生触发信号；若只有中子探测单元有响应，则产生触发信号，启动中子探测单元的响应信号的模数转换；对于转换后的信号进行处理并进行中子或γ射线的鉴别，若是中子信号，则对信号数据进行存储。本发明能够避免探测中子时其他带电粒子或γ射线的干扰。

技术领域

本发明属于空间粒子测量技术领域，具体涉及一种基于CLYC闪烁晶体的空间中子探测系统、探测器及探测方法。

背景技术

卫星在轨运行时，空间环境复杂恶劣，存在于轨道空间的中子会与航天器材料相互作用从而诱发位移损伤效应、单粒子效应，使航天器材料性能退化甚至失效，损坏电子器件功能，对航天器的在轨运行造成严重威胁；此外，中子对人体组织具有很强的穿透力，对人体造成的危害比相同剂量的带电粒子和伽马射线更为严重，会造成人体内部组织或细胞的病变。因此，为保证航天器的稳定可靠地在轨运行和航天员的身体安全，获取空间中子能量、通量等数据，准确分析空间中子辐射环境特性是必要的。

国际上开展空间中子探测器的研制起步较早，技术较为成熟。1998年美国国家航天宇航局(NASA)发射的“月球勘探者号”搭载了中子光谱仪，用于探测热中子和超热中子的通量；2000年国际空间站上的中子谱仪用于探测飞行内部和外部的中子环境；2001年NASA发射的“火星奥德赛号”搭载了俄罗斯提供的高能中子探测器，用于探测热中子、超热中子能谱；2009年美国发射的“月球勘测轨道器”搭载了“月球勘探中子探测器”用于测量中子辐射；2012年NASA启动了“先进中子谱仪”(ANS)项目，通过在玻璃纤维中加入锂化合物，利用核反应进行中子探测，能够较为精准地实现近地轨道与载人航天有关空间中子辐射环境探测。

国际上开发星载中子探测器已有多年的历史，我国空间中子测起步较晚，我国在2018年12月发射成功的“嫦娥四号”，其搭载的中德合作的载荷——月表中子与辐射剂量探测仪，对月球表面中子辐射环境进行就地探测，对月球表面的辐射剂量率、通量以及月表快中子的能谱进行测量，通过热中子计数率的变化判断艾特肯盆地中水的存在及含量。目前，我国空间中子探测技术正处于发展提升的阶段，与国际探测技术还存在一定的差距。我国现有的中子探测器，如传统的气体探测器、半导体探测器和闪烁体探测器主要应用于弱辐射环境的地面应用，抗辐照性能较差、空间分辨率较低、探测能量范围较窄，不能满足强辐射的卫星轨道空间环境和空间探测需求。

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种基于CLYC闪烁体的空间中子探测系统、探测器及探测方法，与其他中子探测器相比，CLYC探测中子的优势主要体现在以下几个方面：CLYC闪烁体探测效率高，对热中子的探测效率接近100％；可探测的中子能量范围广，CLYC闪烁体含有的⁶Li是热中子敏感核素，含有的³⁵Cl是快中子敏感核素，基于核反应法能够兼顾热中子及快中子探测；CLYC闪烁体在伽马射线激发下存在极快的衰减成分，对应基质存在CVL发光，而中子激发下不存在CVL发光，这一发光特性使得两种粒子的脉冲形状不同，因此具有较强的中子-伽马鉴别能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，为了获得空间中子在探测器中产生次级带电粒子的能量沉积能谱，保证后续的中子能谱反演工作，本发明提出了一种基于CLYC闪烁晶体的空间中子探测系统及探测器。