本发明专利技术提出一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，该方法包括使用三段式函数模型表示现场中子能谱；构建多种慢化水平的模拟现场中子能谱，并使用探测器进行测量，计算热快比；通过蒙特卡洛模型仿真计算测试点的模拟现场中子能谱，获取模型参数；建立模型参数与热快比的对应关系；现场使用探测器测量快中子脉冲计数率和热中子脉冲计数率，根据模型参数与热快比的对应关系，通过查表或插值等方式确定立模型参数的取值；根据模型参数，计算现场中子能谱，再利用现场中子能谱和中子注量‑剂量换算系数，计算现场中子剂量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核辐射监测，具体涉及一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法。
技术介绍
1、受核裂变链式反应影响，反应堆会产生大量中子和γ射线。测量反应堆周边环境的中子和γ射线辐射水平对于监测反应堆运行状态具有重要意义。反应堆周边辐射水平测量在方式上包括固定监测和巡测，在内容上包括剂量测量和能谱测量。固定监测对仪器的体积和重量要求较低，巡测则要求仪器便于携带。剂量是评价辐射水平的核心参数，能谱则可用于识别放射性核素种类，分析核泄漏的起因和规模。
2、中子和γ射线均为间接电离辐射，与物质相互作用的机理和类型不同，常用的探测器灵敏材料也不相同，因此通常使用不同的仪器分别测量中子和γ射线。目前，γ射线测量仪器种类繁多、技术相对成熟，如用于固定监测的高气压电离室、用于巡测的便携式γ辐射仪和便携式γ谱仪等，但中子测量仪器较为稀缺，主要以测量中子周围剂量当量的雷姆仪为主，飞行时间谱仪、有机闪烁体和3he正比计数管等中子能谱测量仪器受方法原理、能谱反演和探测效率等因素影响，不适用于现场中子能谱测量。另外，由于聚乙烯慢化体的存在，雷姆仪的体积和重量远大于便携式γ辐射仪，用于固定监测不受影响，但难以便携使用。由此可见，现场中子能谱和剂量的小型化、一体化测量尚未得到解决。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术提出一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，以解决实现现场中子能谱和剂量的便携式一体化实时测量的技术问题。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，该参数化实时测量方法包括如下步骤：
5、s1.使用三段式函数模型表示现场中子能谱
6、现场中子能谱分为热能区、中能区和快能区，现场中子能谱φ(e)采用式(1)描述：
7、
8、式中，φt(e)、φm(e)和φf(e)分别为热能区、中能区和快能区的中子能谱，e1为热能区和中能区的分界能量点，e2为中能区和快能区的分界能量点；φt(e)、φm(e)和φf(e)分别如式(2)～(4)：
9、
10、式中，a和b分别为φt(e)和φf(e)的注量，表征函数的幅度；a和b分别为与温度对应的能量，表征函数的谱形；k1和k2分别为对数线性函数的截距和斜率；k1和k2由φt(e)和φf(e)分别在e1和e2处的函数值计算，如(5)和式(6)：
11、
12、k1＝ε2φf(e2)-k2 loge2 (6)
13、s2.使用不同厚度的屏蔽材料构建多种慢化水平的模拟现场中子能谱，并使用探测器进行测量，获取快中子脉冲计数率ηf和热中子脉冲计数率ηt，并使用式(7)计算热快比r：
14、
15、s3.通过蒙特卡洛模型仿真计算测试点的模拟现场中子能谱φ(e)，并用式(1)拟合，获取φ(e)中的模型参数a、a、b和b；
16、s4.建立模型参数a、a、b和b与r的对应关系
17、s5.在现场使用探测器测量快中子脉冲计数率ηf和热中子脉冲计数率ηt，根据模型参数a、a、b和b与r的对应关系，通过查表或插值方式确定a、a、b和b的取值；
18、s6.根据模型参数a、a、b和b，按照式(1)计算现场中子能谱φ(e)，再利用现场中子能谱φ(e)和中子注量-剂量换算系数h(e)，按照式(8)计算现场中子剂量h：
19、h＝c∫φ(e)h(e)de (8)
20、式中，c为校准因子，用于修正h的整体偏差；计算不同的中子剂量选择不同的换算系数h(e)；φ(e)的单位为注量率或注量，采用注量率时，根据快中子脉冲计数率和热中子脉冲计数率实时计算，式(8)计算的是现场中子剂量率；采用注量时，根据快中子脉冲总计数和热中子脉冲总计数计算，此时式(8)计算的是现场中子累积剂量。
21、进一步地，步骤s2中，模拟现场中子能谱通过252cf同位素中子源或加速器单能中子源配合慢化材料构建，能谱分布通过实验测量或蒙特卡洛仿真计算得到。
22、进一步地，步骤s2中，快中子脉冲计数率和热中子脉冲计数率通过快中子探测器和热中子探测器分别测量，或使用含10b、6li的探测器或复合探测器一并测量。
23、进一步地，步骤s4中，首先计算注量参数a与热中子脉冲计数率ηt之比va，以及注量参数b与快中子脉冲计数率ηf之比vb，然后建立va和vb与r的对应关系。
24、进一步地，步骤s5中，首先利用ηf和ηt按照式(7)计算r，然后根据a和b与r的对应关系，确定a和b的取值；然后根据va和vb与r的对应关系，确定va和vb的取值，则a＝va×ηt，b＝vb×ηf。
25、(三)有益效果
26、本专利技术提出一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，该方法包括使用三段式函数模型表示现场中子能谱；构建多种慢化水平的模拟现场中子能谱，并使用探测器进行测量，计算热快比；通过蒙特卡洛模型仿真计算测试点的模拟现场中子能谱，获取模型参数；建立模型参数与热快比的对应关系；现场使用探测器测量快中子脉冲计数率和热中子脉冲计数率，根据模型参数与热快比的对应关系，通过查表或插值等方式确定立模型参数的取值；根据模型参数，计算现场中子能谱，再利用现场中子能谱和中子注量-剂量换算系数，计算现场中子剂量。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
28、1.本专利技术仅利用脉冲计数率即可实现现场中子能谱的测量，无需解谱计算，计算量小、使用难度低，显著优于有机闪烁体和3he正比计数管等中子谱仪，可通过单片机或fpga实现在线实时测量。
29、2.本专利技术提出的方法可实现现场中子能谱和剂量的一体化实时测量，无需聚乙烯慢化体，在体积、重量和测量参数种类等方面显著优于雷姆仪，更适合反应堆周边现场使用。
30、3.本专利技术提出的方法利用能谱计算现场中子剂量，不涉及能量响应问题，可集成多种换算系数同时计算多种剂量，在更换中子剂量实用量时仅需替换中子-剂量换算系数，无需更改仪器结构。
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【技术保护点】
1.一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，所述参数化实时测量方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，步骤S2中，模拟现场中子能谱通过252Cf同位素中子源或加速器单能中子源配合慢化材料构建，能谱分布通过实验测量或蒙特卡洛仿真计算得到。
3.如权利要求1所述的现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，步骤S2中，快中子脉冲计数率和热中子脉冲计数率通过快中子探测器和热中子探测器分别测量，或使用含10B、6Li的探测器或复合探测器一并测量。
4.如权利要求1所述的现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，步骤S4中，首先计算注量参数A与热中子脉冲计数率ηt之比vA，以及注量参数B与快中子脉冲计数率ηf之比vB，然后建立vA和vB与r的对应关系。
5.如权利要求1所述的现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，步骤S5中，首先利用ηf和ηt按照式(7)计算r，然后根据a和b与r的对应关系，确定a和b的取值；然后根据vA和vB与r的对应关系，确定vA和vB的取值，则A＝vA×ηt，B＝vB×ηf。
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【技术特征摘要】
1.一种现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，所述参数化实时测量方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，步骤s2中，模拟现场中子能谱通过252cf同位素中子源或加速器单能中子源配合慢化材料构建，能谱分布通过实验测量或蒙特卡洛仿真计算得到。
3.如权利要求1所述的现场中子能谱与剂量的参数化实时测量方法，其特征在于，步骤s2中，快中子脉冲计数率和热中子脉冲计数率通过快中子探测器和热中子探测器分别测量，或使用含10b、6li的探测器或复...
【专利技术属性】
技术研发人员：周红召，孙涛，崔辉，张羽中，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院防化研究院，
类型：发明
国别省市：
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