System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种快中子探测器、探测装置及探测方法制造方法及图纸_技高网

一种快中子探测器、探测装置及探测方法制造方法及图纸

技术编号:43285724 阅读:4 留言:0更新日期:2024-11-12 16:07
本发明专利技术公开一种快中子探测器、探测装置及探测方法,涉及辐射探测技术领域。快中子探测器包括:转换层、阻挡层和微结构气体探测器,转换层位于微结构气体探测器的入射窗的外表面,阻挡层位于转换层和入射窗之间,来自中子源的快中子与转换层中的氢原子核发生碰撞,产生反冲质子,而散射中子对应的反冲质子容易被阻挡层阻挡。微结构气体探测器通过测量反冲质子,确定快中子的击中位置、飞行时间和中子源的中子通量。当中子源为中子束时,可以确定其入射方向并对束流剖面成像,当中子源为脉冲中子发生器时,可以确定其通量随时间的变化曲线。本发明专利技术能够在实现快中子探测的同时,避免伽马本底的影响,并满足高通量计数和大面积成像的探测需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射探测,特别是涉及一种基于新型的微结构气体探测器的快中子探测器、探测装置及探测方法


技术介绍

1、中子不带电,不会电离其穿过的介质,只有在中子与原子核发生反应后才能实现对中子的探测。对于许多应用场景,待测中子主要是能量达到mev量级及以上的快中子,且对探测器面积、探测效率、精度和时间分辨都有着较高的要求。目前常见的中子探测器主要采用3he、10b、6li等对热中子灵敏的转换材料,对快中子的响应截面极低。如果要开展快中子探测,需要先将快中子慢化成热中子后再进行探测,但只能获得总通量(即单位时间内通过单位面积的中子数),失去了快中子的时间信息。

2、液体闪烁体探测器和塑料闪烁体探测器是当前快中子探测的主要技术手段。为了提高探测效率就需要增大闪烁体的体积,然而大体积的液体闪烁体和塑料闪烁体容易受到伽马本底的影响,必须进行中子-伽马波形鉴别,才能识别出有效的中子信号,并排除伽马本底的干扰。然而大体积的液体闪烁体和塑料闪烁体在入射粒子通量较高时很容易出现信号堆积,导致中子-伽马波形鉴别能力下降,因此在用于高通量的快中子探测时,其测量精度受到严重制约。

3、半导体探测器在快中子探测领域也具有较好的应用前景。例如可在sic探测器表面放置富含氢的转换层,通过探测转换层受中子轰击所产生的反冲质子,可实现快中子的探测,具有时间响应快,对伽马不灵敏等优点。但是半导体探测器单个器件的灵敏面积很小,为了提高探测效率,需要利用大量的器件构成大面积的探测阵列,因此在实际应用中具有成本高、系统结构复杂的缺点。

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技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种快中子探测器、探测装置及探测方法,避免了伽马本底的影响,可以同时满足高通量快中子的计数探测需求和大面积成像探测需求。

2、为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:

3、一种快中子探测器,包括:转换层和微结构气体探测器;

4、所述转换层安装在所述微结构气体探测器的入射窗的外表面;所述转换层为富含氢元素的薄膜;

5、所述微结构气体探测器用于对反冲质子进行测量,以完成快中子的探测;所述反冲质子是入射至所述转换层的快中子与所述转换层的氢原子核发生碰撞后所产生的;所述快中子是中子源产生的,所述中子源包括放射源、反应堆、加速器和中子发生器。

6、在一些实施例中,还包括:阻挡层;所述阻挡层位于所述转换层和所述入射窗之间;所述阻挡层用于阻挡能量较低的散射中子对应的低能反冲质子进入所述微结构气体探测器;所述能量较低的散射中子是快中子与现场环境中的各种物质发生碰撞后所产生的。

7、在一些实施例中,所述微结构气体探测器在外壳内充有工作气体,所述外壳内的空间区域分为电场相对较弱的漂移区和电场相对较强的雪崩区;所述外壳的上表面为所述入射窗,所述外壳的下表面安装有阳极pcb板,所述阳极pcb板上布置有多个电极;所述反冲质子在漂移区中使所述工作气体发生电离而产生电子,这些电子漂移到雪崩区后使工作气体进一步发生雪崩电离而产生大量的电子和离子,雪崩区中的电子和离子在电场作用下发生运动,使阳极pcb板的电极上产生感应电荷信号。

8、在一些实施例中,所述工作气体为掺有猝灭气体的惰性气体,或者,所述工作气体为掺有猝灭气体的四氟化碳。

9、一种快中子探测装置,包括:读出电子学系统和上述中任一项所述的快中子探测器;所述快中子探测器包括转换层和微结构气体探测器;

10、所述读出电子学系统与所述微结构气体探测器的电极存在电连接;所述读出电子学系统用于对所述电极上的感应电荷信号进行处理,得到快中子探测信息;所述感应电荷信号是反冲质子在微结构气体探测器的漂移区中使工作气体发生电离,电离产生的电子漂移到微结构气体探测器的雪崩区后使工作气体发生雪崩电离,从而在电极上产生的感应信号;所述反冲质子是入射至所述转换层的快中子与所述转换层的氢原子核发生碰撞后所产生的,所述快中子是由中子源发射的;所述快中子探测信息包括快中子的击中位置、飞行时间和中子源的中子通量。

11、在一些实施例中,当所述中子源为中子束时,所述快中子探测信息还包括:中子束的入射方向和中子束流剖面的成像结果。

12、在一些实施例中,当所述中子源为脉冲中子发生器时,所述快中子探测信息还包括:脉冲中子发生器的中子通量随时间的变化曲线。

13、在一些实施例中,所述读出电子学系统包括:前置放大和成形电路、数据采集电路和数据处理电路;

14、所述前置放大和成形电路与所述电极存在电连接;所述前置放大和成形电路用于对所述感应电荷信号进行放大和成形滤波,得到放大后的信号;

15、所述数据采集电路与所述前置放大和成形电路存在电连接;所述数据采集电路用于对所述放大后的信号进行数字化,得到数字化信号;

16、所述数据处理电路与所述数据采集电路存在通信连接;所述数据处理模块用于对所述数字化信号进行处理,得到快中子探测信息。

17、一种快中子探测方法,应用于上述的快中子探测装置,包括:

18、获取感应电荷信号;所述感应电荷信号是反冲质子在微结构气体探测器的漂移区中使工作气体发生电离,电离产生的电子漂移到微结构气体探测器的雪崩区后使工作气体发生雪崩电离,从而在电极上产生的感应信号;所述反冲质子是入射至转换层的快中子与转换层的氢原子核发生碰撞后所产生的,所述快中子是由中子源发射的;

19、对所述感应电荷信号进行处理,得到快中子探测信息;所述快中子探测信息包括快中子的击中位置、飞行时间和中子源的中子通量。

20、根据本专利技术提供的具体实施例,本专利技术公开了以下技术效果:

21、本专利技术提供一种快中子探测器、探测装置及探测方法,快中子探测器包括:转换层和微结构气体探测器,转换层安装在微结构气体探测器的入射窗的外表面,中子源中的快中子入射至转换层后,与转换层的氢原子核发生碰撞,产生反冲质子,微结构气体探测器对反冲质子进行测量,以完成快中子的探测。由于快中子与氢原子核的作用截面相对较大,故可以得到较高的快中子探测效率。由于微结构气体探测器对于伽马射线的灵敏度非常低,伽马射线几乎不会被微结构气体探测器探测到,故几乎可以直接忽略伽马本底的影响。由于只要同时入射的两个快中子击中快中子探测器的位置相距较远,则这两个快中子的信号会在不同的电极形成,相互之间不会产生影响,故提高了中子通量的测量上限,可以满足高通量快中子的计数探测需求。由于微结构气体探测器较容易实现大面积的加工制作,只需采用更大尺寸的微结构气体探测器及相应尺寸的转换层,就很容易增大快中子探测器的灵敏面积,而且微结构气体探测器自身也具有较好的位置分辨,因此既能够实现高效率的快中子通量检测,也能够实现快中子束流剖面的大面积成像测量。

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【技术保护点】

1.一种快中子探测器,其特征在于,包括:转换层和微结构气体探测器;

2.根据权利要求1所述的快中子探测器,其特征在于,还包括:阻挡层;所述阻挡层位于所述转换层和所述入射窗之间;所述阻挡层用于阻挡散射中子对应的反冲质子进入所述微结构气体探测器;所述散射中子是快中子与现场环境中的各种物质发生碰撞后所产生的。

3.根据权利要求1所述的快中子探测器,其特征在于,所述微结构气体探测器在外壳内充有工作气体,所述外壳内的空间区域包括漂移区和雪崩区,所述外壳的上表面为所述入射窗,所述外壳的下表面安装有阳极PCB板,所述阳极PCB板上布置有多个电极;所述反冲质子在漂移区中使所述工作气体发生电离而产生电子,所述电子漂移到雪崩区后使所述工作气体发生雪崩电离而产生电子和离子,雪崩区中的电子和离子在电场的作用下发生运动,使所述电极上产生感应电荷信号。

4.根据权利要求3所述的快中子探测器,其特征在于,所述工作气体为掺有猝灭气体的惰性气体,或者,所述工作气体为掺有猝灭气体的四氟化碳。

5.一种快中子探测装置,其特征在于,包括:读出电子学系统和权利要求1-4任一项所述的快中子探测器;所述快中子探测器包括转换层和微结构气体探测器;

6.根据权利要求5所述的一种快中子探测装置,其特征在于,当所述中子源为中子束时,所述快中子探测信息还包括:中子束的入射方向和中子束流剖面的成像结果。

7.根据权利要求5所述的一种快中子探测装置,其特征在于,当所述中子源为脉冲中子发生器时,所述快中子探测信息还包括:脉冲中子发生器的中子通量随时间的变化曲线。

8.根据权利要求5所述的一种快中子探测装置,其特征在于,所述读出电子学系统包括:前置放大和成形电路、数据采集电路和数据处理电路;

9.一种快中子探测方法,应用于权利要求5-8任一项所述的快中子探测装置,其特征在于,包括:

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【技术特征摘要】

1.一种快中子探测器,其特征在于,包括:转换层和微结构气体探测器;

2.根据权利要求1所述的快中子探测器,其特征在于,还包括:阻挡层;所述阻挡层位于所述转换层和所述入射窗之间;所述阻挡层用于阻挡散射中子对应的反冲质子进入所述微结构气体探测器;所述散射中子是快中子与现场环境中的各种物质发生碰撞后所产生的。

3.根据权利要求1所述的快中子探测器,其特征在于,所述微结构气体探测器在外壳内充有工作气体,所述外壳内的空间区域包括漂移区和雪崩区,所述外壳的上表面为所述入射窗,所述外壳的下表面安装有阳极pcb板,所述阳极pcb板上布置有多个电极;所述反冲质子在漂移区中使所述工作气体发生电离而产生电子,所述电子漂移到雪崩区后使所述工作气体发生雪崩电离而产生电子和离子,雪崩区中的电子和离子在电场的作用下发生运动,使所述电极上产生感应电荷信号。

4.根据权利要求3所述的快中子探测器,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:封常青王轶超王宇张志永沈仲弢刘树彬
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:

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