一种大动态快中子产额测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种大动态快中子产额测量系统，包括微米级毛细管闪烁体阵列、光纤光锥、ICCD和图像采集处理系统；微米级毛细管闪烁体阵列上的毛细管内灌装有液体闪烁剂，用于实现中子信号—质子信号—可见光信号的顺序转换，并将可见光信号传输至光纤光锥；光纤光锥用于将可见光信号传输至ICCD上，实现微米级毛细管闪烁体阵列与ICCD的像素匹配；ICCD用于记录可见光信号；图像采集处理系统用于采集ICCD上的可见光信号，并实现质子径迹的提取。本实用新型专利技术很好地解决了现有技术难以获得同一方位的大动态诊断及抗伽马辐射噪声能力较弱的问题，其具有高于104的量程范围，比目前通用的中子产额探测器至少高出2个量级。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及核能科学与技术中快中子探测领域，具体涉及的是一种大动态快中子产额测量系统。
技术介绍
在惯性约束聚变研究中，快中子产额是其中最为关键的参数之一。激光中子源研究中，也需要准确测量出中子产额，来探索提高中子产额的方法。目前常用的测量快中子产额的探测器包括BF3探测器和闪烁体探测器。BF3探测器原理为中子与硼相互作用产生的次级离子α，再经气体放大输出电信号。闪烁体探测器的探测原理则是中子与闪烁体碰撞产生反冲质子，反冲质子再与闪烁体中的发光材料作用产生可见光，然后可见光信号再通过像增强器倍增，最后转换成电脉冲信号。电信号与收集粒子数目存在一定的比例关系，通常存在一个响应坪，粒子数目高于此响应坪，信号就会饱和。因此，目前通用的用于中子产额测量的中子探测器动态范围都比较小，一般为102的量程范围。在实验中，我们通常通过预估中子产额来选择相应测量范围的中子探测器。由于实验不确定性因素较大，如果预估不准的话，使得中子产额超出我们探测器的测量范围，将会导致实验失败，而为了降低这样的风险，就会需要更大动态范围的中子产额测量。然而，由于目前常用的中子探测器产额动态范围都比较小，因而实验中，我们常常需要通过组合多台不同种类的中子探测器来提高动态范围，但是这样的诊断设计会存在一个非常明显的不足，即：难以获得同一方位的大动态诊断，并且探测器的抗伽马辐射噪声能力比较弱。因此，如何改进中子产额的测量方式，便成为本领域技术人员亟需解决的主要问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本技术提供了一种大动态快中子产额测量系统，其可以很好地克服传统中子探测器响应动态范围小的不足,并减小伽马辐射的影响。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种大动态快中子产额测量系统，包括微米级毛细管闪烁体阵列、光纤光锥、ICCD和图像采集处理系统，其中：微米级毛细管闪烁体阵列，其中的毛细管内灌装有液体闪烁剂，用于实现中子信号—质子信号—可见光信号的顺序转换，并将可见光信号传输至光纤光锥；光纤光锥，用于将可见光信号传输至ICCD上，实现微米级毛细管闪烁体阵列与ICCD的像素匹配；ICCD，用于记录可见光信号；图像采集处理系统，用于采集ICCD上的可见光信号，并实现质子径迹的提取。作为优选，所述微米级毛细管闪烁体阵列的单元尺寸为5μm～10μm。作为优选，所述微米级毛细管闪烁体阵列的厚度为1cm～10cm。进一步地，所述光纤光锥一端单元尺寸与微米级毛细管闪烁体阵列的单元尺寸一致，另一端单元尺寸与ICCD中像增强器的微通道板单元尺寸一致。再进一步地，所述ICCD的阵列为2048×2048。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：（1）本技术通过设计微米级毛细管闪烁体阵列、光纤光锥、ICCD和图像采集处理系统，利用微米级空间分辨的闪烁体探测器来获得每一个质子径迹，然后通过直接统计微米级的质子径迹，并考虑到中子到质子的转换效率，从而实现中子产额的测量。实验表明，本技术具有高于104的量程范围，因而相对于传统的BF3探测器和闪烁体探测器来说，本技术至少高出了两个量级的动态范围。（2）本技术通过质子径迹的提取，不仅可以不用额外增加像增强器，而且可以有效隔断先于中子信号到达探测器的伽马辐射噪声，从而获取更准确的中子信号。（3）本技术中的微米级毛细管闪烁体阵列单元尺寸在5μm～10μm之间，可实现低于10μm的空间分辨，从而在结合1cm～10cm的厚度后，可实现探测效率控制在2.1%～21%之间。（4）本技术设计合理、使用方便、实用性强，非常适合在中子产额测量方面大规模推广应用。附图说明图1为本技术的结构示意图。其中，附图标记对应的名称为：1-微米级毛细管闪烁体阵列，2-光纤光锥，3-ICCD，4-图像采集处理系统。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本技术作进一步说明，本技术的方式包括但不仅限于以下实施例。实施例如图1所示，本技术提供了一种新型的基于质子径迹识别的大动态快中子产额测量系统，可用于惯性约束聚变及激光中子源等研究中的短脉冲快中子产额的测量。本技术包括依次连接的微米级毛细管闪烁体阵列1、光纤光锥2、ICCD（增强电荷耦合器件）3和图像采集处理系统4。所述的微米级毛细管闪烁体阵列1中，其中的毛细管内灌装有液体闪烁剂，实现中子信号—质子信号—可见光信号的顺序转换，而毛细管则作为探测单元，用于传输单个单元的可见光信号。所述的光纤光锥2用于将可见光信号传输至ICCD3上，实现微米级毛细管闪烁体阵列1与ICCD3的像素匹配，并由ICCD3完成可见光信号的记录。所述的图像采集处理系统4用于采集ICCD3上的可见光信号，并实现质子径迹的提取，本实施例中的图像采集处理系统可采用现有技术，例如基于ARM或FPGA的嵌入式图像采集处理系统，其通过内嵌的hough变换算法可以实现质子径迹的提取。本技术测量中子产额的具体过程如下：首先，实验产生的快中子被传输一定距离，到达微米级毛细管闪烁体阵列1中，此时，中子与毛细管中的液体闪烁剂作用，产生反冲质子。接着，反冲质子再与闪烁剂中的发光材料相互作用，从而产生可见光信号，并由微米级毛细管闪烁体阵列1导出至光纤光锥2。根据闪烁体的折射率与毛细管折射率的差别，可以实现可见光信号的全反射，从而使得后续测量到的可见光信号可以直接反映出质子的径迹。而后，光纤光锥2将接收的可见光信号通过光波波导匹配传输到ICCD3上，实现可见光信号的记录，最后再由图像采集处理系统4采集ICCD3上的可见光信号，然后实现质子径迹的提取，完成中子产额的测量。本实施例中，所述微米级毛细管闪烁体阵列1的单元尺寸为5μm～10μm，厚度为1cm～10cm；所述的光纤光锥2一端单元尺寸与微米级毛细管闪烁体阵列1的单元尺寸一致，另一端单元尺寸与ICCD3中像增强器的微通道板单元尺寸一致；而所述的ICCD3的阵列为2048×2048，如此不仅可以实现低于10μm的空间分辨，而且可以提取出大于4.19×104的质子径迹，从而方便实现大于104的量程范围。另外，为排除先于中子信号到达ICCD的伽马辐射噪声的影响，实现ns级中子产额的测量，在上述测量中子产额的过程中，可以从实验触发信号中分出一路信号对ICCD3快门进行控制。本技术通过合理的系统设计，很好地完成了中子产额的大动态及高精度测量，解决现有技术难以获得同一方位的大动态诊断及抗伽马辐射噪声能力较弱的问题。因此，相比现有技术来说，本技术进步十分明显，其具有实质性的特点和进步。上述实施例仅为本技术的优选实施方式之一，不应当用于限制本技术的保护范围，凡在本技术的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本技术一致的，均应当包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大动态快中子产额测量系统，其特征在于，包括微米级毛细管闪烁体阵列（1）、光纤光锥（2）、ICCD（3）和图像采集处理系统（4），其中：微米级毛细管闪烁体阵列，其中的毛细管内灌装有液体闪烁剂，用于实现中子信号—质子信号—可见光信号的顺序转换，并将可见光信号传输至光纤光锥；光纤光锥，用于将可见光信号传输至ICCD上，实现微米级毛细管闪烁体阵列与ICCD的像素匹配；ICCD，用于记录可见光信号；图像采集处理系统，用于采集ICCD上的可见光信号，并实现质子径迹的提取。

【技术特征摘要】
1.一种大动态快中子产额测量系统，其特征在于，包括微米级毛细管闪烁体阵列（1）、光纤光锥（2）、ICCD（3）和图像采集处理系统（4），其中：微米级毛细管闪烁体阵列，其中的毛细管内灌装有液体闪烁剂，用于实现中子信号—质子信号—可见光信号的顺序转换，并将可见光信号传输至光纤光锥；光纤光锥，用于将可见光信号传输至ICCD上，实现微米级毛细管闪烁体阵列与ICCD的像素匹配；ICCD，用于记录可见光信号；图像采集处理系统，用于采集ICCD上的可见光信号，并实现质子径迹的提取。2.根据权利要求1所述的一种大动态快中子产额测量系...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹磊峰，滕建，范全平，闫永宏，朱斌，刘红杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：新型
国别省市：四川;51