專利名稱：中子伽馬探測(cè)裝置及其探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射性物質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以同時(shí)探測(cè)中子和伽馬射 線的中子伽馬探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
目前，BF3管、涂硼管以及3He正比計(jì)數(shù)管是較常見(jiàn)的中子探測(cè)器，其被廣泛用于中 子能譜測(cè)量、特殊核材料監(jiān)測(cè)、放射性物質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。其中，BF3管雖然是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外使 用最廣泛的用于熱中子探測(cè)的正比管，但是其對(duì)環(huán)境存在潛在危害，并且BF3也不是一種很 好的正比工作氣體，所以BF3管目前已趨于淘汰。涂硼管是針對(duì)BF3管的缺點(diǎn)而研制的，涂 硼管不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，并且其可以選擇更合適的正比工作氣體(如Ar+C02)，然而涂硼 管在長(zhǎng)時(shí)間計(jì)數(shù)穩(wěn)定性以及Y甄別方面相對(duì)要差一些。3He正比計(jì)數(shù)管的優(yōu)點(diǎn)在于其反應(yīng) 截面很大，在高氣壓下可以獲得很高的探測(cè)效率，因此其特別適用于那些要求高探測(cè)效率 的場(chǎng)合，然而3He正比計(jì)數(shù)管價(jià)格昂貴、密封技術(shù)難度大，此外3He氣體是一種稀缺的戰(zhàn)略資 源，其被少數(shù)國(guó)家的少數(shù)企業(yè)控制，所以隨時(shí)有停止供貨的可能。迄今為止，在放射性物質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中尚未出現(xiàn)既不會(huì)危害環(huán)境，又可以取代 上述價(jià)格昂貴、原材料缺乏的3He正比計(jì)數(shù)管，并且還能對(duì)中子和伽馬射線進(jìn)行高效探測(cè)與 甄別的中子伽馬探測(cè)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新的中子伽馬探測(cè)器，其既不 會(huì)危害環(huán)境，又能對(duì)中子和伽馬射線進(jìn)行高效探測(cè)與甄別，此外由于其所采用的原材料釓 和NaI在我國(guó)較容易獲得，所以還具有較大的實(shí)際意義。另外，本發(fā)明還提供了包括上述中 子伽馬探測(cè)器的中子伽馬探測(cè)裝置及其相應(yīng)的探測(cè)方法。本發(fā)明所提供的中子伽馬探測(cè)器包括釓轉(zhuǎn)換體、第一慢化體、碘化鈉探測(cè)器、第二 慢化體以及光電倍增管，所述釓轉(zhuǎn)換體沿所述中子伽馬探測(cè)器的長(zhǎng)軸方向設(shè)置在兩個(gè)第一 慢化體之間，所述釓轉(zhuǎn)換體及其兩側(cè)的所述第一慢化體位于兩個(gè)碘化鈉探測(cè)器之間，每個(gè) 所述碘化鈉探測(cè)器的一端都連接有相應(yīng)的光電倍增管，所述第二慢化體設(shè)置在由所述釓轉(zhuǎn) 換體、所述第一慢化體和所述碘化鈉探測(cè)器所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的外圍。優(yōu)選地，所述釓轉(zhuǎn)換體為金屬釓片。優(yōu)選地，所述釓轉(zhuǎn)換體的厚度為l_3mm。優(yōu)選地，所述釓轉(zhuǎn)換體的厚度為l_2mm。優(yōu)選地，所述第一慢化體和/或第二慢化體為聚乙烯。優(yōu)選地，所述釓轉(zhuǎn)換體的與所述兩個(gè)碘化鈉探測(cè)器分別相對(duì)的兩個(gè)主表面的面積 分別與和其相對(duì)的碘化鈉探測(cè)器的相應(yīng)側(cè)面的面積相同。 優(yōu)選地，所述碘化鈉探測(cè)器的形狀是長(zhǎng)方體。 優(yōu)選地，在所述碘化鈉探測(cè)器與所述光電倍增管之間連接有光導(dǎo)。
本發(fā)明所提供的中子伽馬探測(cè)裝置包括如上所述的中子伽馬探測(cè)器以及甄別計(jì) 數(shù)電路，所述甄別計(jì)數(shù)電路用于對(duì)所述光電倍增管輸出的信號(hào)進(jìn)行甄別處理，以分別記錄 中子計(jì)數(shù)和伽馬計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述甄別計(jì)數(shù)電路包含低閾甄別器、符合器、或門、高閾甄別器、中子計(jì)數(shù) 器、延時(shí)器和多道分析器。優(yōu)選地，所述低閾甄別器和所述符合器用于判斷所述兩個(gè)光電倍增管的輸出信號(hào) 是否同時(shí)高于預(yù)定低閾甄別閾值，如果是，則由中子計(jì)數(shù)器進(jìn)行中子計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述或門和高閾甄別器用于判斷所述兩個(gè)光電倍增管的輸出信號(hào)是否有 一個(gè)超過(guò)預(yù)定高閾甄別閾值，如果是，則由中子計(jì)數(shù)器進(jìn)行中子計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述延時(shí)器和多道分析器用于記錄普通伽馬射線能譜，當(dāng)所述中子計(jì)數(shù) 器進(jìn)行中子計(jì)數(shù)時(shí)，該中子計(jì)數(shù)器將輸出反符合信號(hào)給所述多道分析器，此時(shí)所述多道分 析器的反符合門被關(guān)閉，其不記錄所述光電倍增管的輸出信號(hào)；反之，當(dāng)所述中子計(jì)數(shù)器不 進(jìn)行中子計(jì)數(shù)時(shí)，所述多道分析器的反符合門打開(kāi)，其將記錄被延時(shí)的所述光電倍增管的 輸出信號(hào)。優(yōu)選地，每個(gè)所述光電倍增管的輸出端都與相應(yīng)的低閾甄別器的輸入端相連，每 個(gè)低閾甄別器的輸出端均連接到所述符合器的輸入端，所述符合器的輸出端與所述中子計(jì) 數(shù)器的輸入端相連；所述兩個(gè)光電倍增管的輸出端還與所述或門的輸入端相連，所述或門 的輸出端連接到所述高閾甄別器的輸入端，所述高閾甄別器的輸出端連接到所述中子計(jì)數(shù) 器的輸入端，所述中子計(jì)數(shù)器的輸出端與所述多道分析器相連；所述兩個(gè)光電倍增管的輸 出端還與所述延時(shí)器的輸入端相連，所述延時(shí)器的兩個(gè)輸出端分別連接到所述多道分析器 的兩個(gè)輸入端。本發(fā)明所提供的中子伽馬探測(cè)方法包括步驟使射入中子伽馬探測(cè)器的中子被第 二慢化體慢化，變成能量降低的中子；使所述能量降低的中子依次穿過(guò)碘化鈉探測(cè)器和第 一慢化體，從而變成熱中子；使所述熱中子與釓轉(zhuǎn)換體發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，放出伽馬射 線，使所述伽馬射線穿過(guò)與所述釓轉(zhuǎn)換體相鄰的第一慢化體后射入與第一慢化體相鄰的碘 化鈉探測(cè)器中產(chǎn)生閃爍光子，所述閃爍光子經(jīng)碘化鈉探測(cè)器的表面多次反射后輸入到光電 倍增管的光陰極，從而產(chǎn)生與所射入的中子相關(guān)的電信號(hào)；使射入中子伽馬探測(cè)器的伽馬 射線穿過(guò)第二慢化體射入到與該射入側(cè)第二慢化體相鄰的碘化鈉探測(cè)器中，其中一部分伽 馬射線在該碘化鈉探測(cè)器中產(chǎn)生閃爍光子，而另一部分伽馬射線將分別穿過(guò)該碘化鈉探測(cè) 器、與該碘化鈉探測(cè)器相鄰的第一慢化體、釓轉(zhuǎn)換體以及與該釓轉(zhuǎn)換體相鄰的另一第一慢 化體，最終射入另一碘化鈉探測(cè)器中產(chǎn)生閃爍光子，在上述各碘化鈉探測(cè)器中所產(chǎn)生的閃 爍光子經(jīng)相應(yīng)的碘化鈉探測(cè)器的表面多次反射后輸入到與各碘化鈉探測(cè)器分別耦合的光 電倍增管的光陰極，從而產(chǎn)生與所射入的伽馬射線相關(guān)的電信號(hào)；對(duì)上述與中子相關(guān)的電 信號(hào)和與伽馬射線相關(guān)的電信號(hào)進(jìn)行甄別處理，以分別記錄中子計(jì)數(shù)和伽馬計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述中子伽馬探測(cè)方法還包括如下步驟對(duì)所述光電倍增管輸出的電信 號(hào)進(jìn)行低閾甄別，將所述電信號(hào)與預(yù)定低閾甄別閾值進(jìn)行比較，如果兩個(gè)光電倍增管輸出 的所述電信號(hào)同時(shí)高于所述預(yù)定低閾甄別閾值，則進(jìn)行中子計(jì)數(shù)，否則，進(jìn)行伽馬計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述中子伽馬探測(cè)方法還包括如下步驟對(duì)所述光電倍增管輸出的電信 號(hào)進(jìn)行高閾甄別，將所述電信號(hào)與預(yù)定高閾甄別閾值進(jìn)行比較，如果兩個(gè)光電倍增管輸出的所述電信號(hào)中有一個(gè)超過(guò)了所述預(yù)定高閾甄別閾值，則進(jìn)行中子計(jì)數(shù)，否則，進(jìn)行伽馬計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述中子伽馬探測(cè)方法還包括如下步驟當(dāng)進(jìn)行所述中子計(jì)數(shù)時(shí)，使多道 分析器的反符合門關(guān)閉，其不記錄所述光電倍增管輸出的所述電信號(hào)；反之，當(dāng)進(jìn)行所述伽 馬計(jì)數(shù)時(shí)，使所述多道分析器的反符合門打開(kāi)，其記錄被延時(shí)的所述光電倍增管輸出的所 述電信號(hào)。本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)裝置適用于任何需要對(duì)放射性物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制的地點(diǎn)， 如海關(guān)口岸、核物理實(shí)驗(yàn)室、核電站、核廢料掩埋場(chǎng)所或貯藏庫(kù)、醫(yī)院、武器制造廠等。


圖1示出了本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)裝置之中子伽馬探測(cè)器的正面剖視圖；圖2示出了本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)裝置之甄別計(jì)數(shù)電路的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式碘化鈉(NaI)探測(cè)器作為一種閃爍體探測(cè)器，在幾乎所有的核探測(cè)領(lǐng)域都發(fā)揮著 巨大的作用。碘化鈉閃爍體具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率和較好的能量分辨率，被廣泛地用于 X射線和Y射線的探測(cè)，可制成各種尺寸與形狀的單晶或多晶。釓(Gd)，其原子序數(shù)是64，屬于鑭系元素，也是稀土元素之一，其在我國(guó)的產(chǎn)量很 大，而且價(jià)格比較便宜。釓是一種熱中子反應(yīng)截面很大的元素，是理想的轉(zhuǎn)換體，其可以與 熱中子發(fā)生反應(yīng)放出高能伽馬射線。在中微子測(cè)量領(lǐng)域，摻釓的液體閃爍體發(fā)揮了重要的 作用，然而在國(guó)際上目前尚未將釓直接用于熱中子的測(cè)量。本發(fā)明利用上述碘化鈉晶體、釓以及相關(guān)的甄別計(jì)數(shù)電路構(gòu)造出了一種新的中子 伽馬探測(cè)裝置，以取代目前普遍使用的3He正比計(jì)數(shù)管和伽馬探測(cè)器的組合，從而降低了放 射性物質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的成本。下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)裝置的具體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)裝置包括中子伽馬探測(cè)器和甄別計(jì)數(shù)電路。圖1示出了本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)器1。該中子伽馬探測(cè)器1中具有釓轉(zhuǎn)換體11， 該釓轉(zhuǎn)換體11是厚度約為l-3mm(優(yōu)選為l_2mm)的薄片(優(yōu)選為金屬釓片)。將釓轉(zhuǎn)換體 11以機(jī)械固定或粘接等方式沿所述中子伽馬探測(cè)器1的長(zhǎng)軸方向固定在兩片慢化體12、13 之間，所述慢化體12、13的材料優(yōu)選為聚乙烯，厚度優(yōu)選為約1cm。之所以要設(shè)置該慢化體 12、13，是為了保證絕大多數(shù)由熱中子產(chǎn)生的伽馬射線能夠進(jìn)入后述的碘化鈉探測(cè)器中，從 而確保后續(xù)甄別計(jì)數(shù)電路的有效性。將釓轉(zhuǎn)換體11和兩片慢化體12、13以機(jī)械固定或粘接 等方式固定于兩個(gè)碘化鈉探測(cè)器14、15之間。其中，碘化鈉探測(cè)器14、15的形狀是長(zhǎng)方體， 如圖1所示，釓轉(zhuǎn)換體11的左、右主表面的面積分別與碘化鈉探測(cè)器14、15的與上述左、右 主表面分別相對(duì)的側(cè)面的面積相同。在碘化鈉探測(cè)器14、15的一端分別連接有光導(dǎo)17、18， 在光導(dǎo)17、18的另一側(cè)分別連接有光電倍增管PMT1、PMT2。此處需要說(shuō)明的是，光導(dǎo)17、18 對(duì)于本發(fā)明而言并不是必需的，其作用僅在于將盡量多的光收集到光電倍增管PMT1、PMT2 中，而本發(fā)明可以在不設(shè)置光導(dǎo)的情況下實(shí)施，在該情況下，可以將碘化鈉探測(cè)器14、15分 別直接與光電倍增管PMT1、PMT2連接。在釓轉(zhuǎn)換體11、慢化體12、13和碘化鈉探測(cè)器14、15所組成的核心結(jié)構(gòu)的周圍用慢化體16包裹，該慢化體16優(yōu)選為5-6cm厚的聚乙烯。之所以要設(shè)置兩層慢化體(上述慢化體12、13為第一層慢化體、慢化體16為第二 層慢化體)，主要是為了兼顧中子慢化效果和釓轉(zhuǎn)換體與碘化鈉探測(cè)器之間的距離。因?yàn)槿?果僅僅在外層包裹慢化體，以將中子慢化為熱中子，則熱中子在穿過(guò)碘化鈉探測(cè)器時(shí)會(huì)有 較大的衰減；而如果僅僅在內(nèi)層包裹慢化體，則雖然可以使熱中子直接與釓轉(zhuǎn)換體發(fā)生反 應(yīng)，但釓轉(zhuǎn)換體與碘化鈉探測(cè)器之間的距離將比較遠(yuǎn)，所以因中子俘獲而產(chǎn)生的伽馬射線 將有很大一部分無(wú)法進(jìn)入碘化鈉探測(cè)器，這將大大降低探測(cè)效率。因此，在綜合考慮了上述 兩個(gè)方面之后，本發(fā)明設(shè)計(jì)了上述的兩層慢化結(jié)構(gòu)，從而既可以使中子得到有效的慢化并 使熱中子到達(dá)釓轉(zhuǎn)換體，又可以使絕大多數(shù)伽馬射線進(jìn)入NaI探測(cè)器，這樣便一舉兩得。上述中子伽馬探測(cè)器的具體探測(cè)方法為如果進(jìn)入中子伽馬探測(cè)器1的是中子，那么該進(jìn)入的中子首先被第二層慢化體16 慢化，變成能量較低的中子。隨后，低能中子穿過(guò)碘化鈉探測(cè)器14和第一層慢化體12，變成 熱中子；熱中子與釓轉(zhuǎn)換體11發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，放出能量總計(jì)為7. 94MeV(兆電子伏) 的若干個(gè)伽馬射線19，這些伽馬射線的能量較高，都在IMeV以上。這些伽馬射線19穿過(guò) 慢化體12、13后射入碘化鈉探測(cè)器14、15中產(chǎn)生閃爍光子，閃爍光子在碘化鈉探測(cè)器14、 15的表面多次反射后經(jīng)光導(dǎo)17、18輸入到光電倍增管PMT1、PMT2的光陰極，從而產(chǎn)生電信 號(hào)。如果上述伽馬射線19全部進(jìn)入同一個(gè)碘化鈉探測(cè)器，那么該探測(cè)器的輸出信號(hào)將為 7. 94MeV左右；如果這些伽馬射線19分別進(jìn)入兩個(gè)碘化鈉探測(cè)器，那么這兩個(gè)碘化鈉探測(cè) 器的輸出信號(hào)將同時(shí)大于lMev。如果進(jìn)入中子伽馬探測(cè)器1的是伽馬射線，那么該進(jìn)入的伽馬射線首先穿過(guò)第二 層慢化體16，隨后射入碘化鈉探測(cè)器14(即為第一碘化鈉探測(cè)器)中，其中一部分伽馬射 線(例如但不限于能量較低的伽馬射線)在該第一碘化鈉探測(cè)器14中產(chǎn)生閃爍光子，該閃 爍光子經(jīng)第一碘化鈉探測(cè)器14的表面多次反射后經(jīng)光導(dǎo)17輸入到光電倍增管PMTl的光 陰極，從而產(chǎn)生電信號(hào)；而另一部分伽馬射線(例如但不限于能量較高的伽馬射線)將依序 穿過(guò)第一碘化鈉探測(cè)器14、慢化體12、釓轉(zhuǎn)換體11以及慢化體13，最終射入碘化鈉探測(cè)器 15 (即為第二碘化鈉探測(cè)器)中并產(chǎn)生閃爍光子，該閃爍光子經(jīng)第二碘化鈉探測(cè)器15的表 面多次反射后經(jīng)光導(dǎo)18輸入到光電倍增管PMT2的光陰極，從而產(chǎn)生電信號(hào)。對(duì)于普通伽 馬射線來(lái)說(shuō)，各個(gè)碘化鈉探測(cè)器的輸出信號(hào)通常都小于3MeV，且兩個(gè)探測(cè)器的輸出信號(hào)幾 乎不可能同時(shí)高于3MeV。本發(fā)明除了提供上述中子伽馬探測(cè)器之外，還提供了一種對(duì)中子伽馬探測(cè)器的探 測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理以有效地區(qū)分中子俘獲伽馬和環(huán)境本底伽馬的甄別計(jì)數(shù)電路。圖2示出了本發(fā)明的甄別計(jì)數(shù)電路2。如圖2所示，上述中子伽馬探測(cè)器1的光 電倍增管PMT1、PMT2所產(chǎn)生的電信號(hào)分別被輸入到低閾甄別器23、24中，低閾甄別器23、 24用于判斷所述電信號(hào)是否高于低閾甄別閾值(該低閾甄別閾值可設(shè)為3MeV)，如果其高 于低閾甄別閾值，則相應(yīng)的低閾甄別器將輸出脈沖信號(hào)給符合器25。如果符合器25的兩個(gè) 輸入端均接收到脈沖信號(hào)，則表明光電倍增管PMT1、PMT2產(chǎn)生的電信號(hào)同時(shí)高于低閾甄別 閾值，這說(shuō)明光電倍增管PMT1、PMT2本次輸出的電信號(hào)是由中子產(chǎn)生的，此時(shí)符合器25將 輸出信號(hào)給中子計(jì)數(shù)器26，由中子計(jì)數(shù)器沈進(jìn)行中子計(jì)數(shù)；反之，如果符合器25的至少一 個(gè)輸入端沒(méi)有接收到脈沖信號(hào)，則說(shuō)明光電倍增管PMT1、PMT2本次輸出的電信號(hào)是由伽馬射線產(chǎn)生的，此時(shí)符合器25將不會(huì)輸出信號(hào)給中子計(jì)數(shù)器沈，這時(shí)中子計(jì)數(shù)器沈?qū)⒉粫?huì) 進(jìn)行計(jì)數(shù)。此外，上述光電倍增管PMT1、PMT2產(chǎn)生的電信號(hào)還被輸入到或門27中，或門27 將從PMT1、PMT2分別產(chǎn)生的電信號(hào)中選擇具有較高電平的電信號(hào)輸出給高閾甄別器28，該 高閾甄別器觀判斷該具有較高電平的電信號(hào)是否超過(guò)了高閾甄別閾值(該高閾甄別閾值 可以設(shè)為5MeV)，如果其超過(guò)了高閾甄別閾值，則說(shuō)明光電倍增管PMT1、PMT2本次輸出的電 信號(hào)是由中子產(chǎn)生的，此時(shí)高閾甄別器觀將輸出信號(hào)給中子計(jì)數(shù)器26，由中子計(jì)數(shù)器沈進(jìn) 行中子計(jì)數(shù)；反之，如果其沒(méi)有超過(guò)高閾甄別閾值，則說(shuō)明光電倍增管PMT1、PMT2本次輸出 的電信號(hào)是由伽馬射線產(chǎn)生的，此時(shí)高閾甄別器觀不會(huì)輸出信號(hào)給中子計(jì)數(shù)器26，因而中 子計(jì)數(shù)器沈?qū)⒉粫?huì)進(jìn)行計(jì)數(shù)。延時(shí)器四和多道分析器(MCA) 30用于記錄普通伽馬射線能 譜。當(dāng)光電倍增管PMT1、PMT2產(chǎn)生的電信號(hào)被前述電路判斷為由中子產(chǎn)生時(shí)，中子計(jì)數(shù)器 26會(huì)輸出反符合信號(hào)給MCA 30，此時(shí)MCA30的反符合門被關(guān)閉，其將無(wú)法記錄光電倍增管 PMTU PMT2產(chǎn)生的電信號(hào)；而當(dāng)光電倍增管PMT1、PMT2產(chǎn)生的電信號(hào)被前述電路判斷為由 伽馬射線產(chǎn)生時(shí)，中子計(jì)數(shù)器26將不會(huì)輸出反符合信號(hào)給MCA30，此時(shí)MCA30的反符合門被 打開(kāi)，MCA30可以記錄被延時(shí)器四適當(dāng)延時(shí)的光電倍增管PMT1、PMT2所產(chǎn)生的電信號(hào)。如上所述，本發(fā)明的甄別計(jì)數(shù)電路通過(guò)對(duì)中子伽馬探測(cè)器1的兩個(gè)光電倍增管 PMTU PMT2所輸出的電信號(hào)進(jìn)行上述處理，從而利用中子計(jì)數(shù)器沈和多道分析器(MCA) 30 來(lái)實(shí)現(xiàn)中子計(jì)數(shù)和伽馬計(jì)數(shù)的分別記錄。在此需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的中子伽馬探測(cè)器1并不僅限于與上述特定的甄別計(jì) 數(shù)電路2配合使用，其還可以與其他適合的甄別計(jì)數(shù)電路(例如現(xiàn)有的甄別計(jì)數(shù)電路)配 合使用，只要該甄別計(jì)數(shù)電路能夠產(chǎn)生與本發(fā)明所提供的上述甄別計(jì)數(shù)電路2相同的技術(shù) 效果即可。本發(fā)明通過(guò)將釓轉(zhuǎn)換體與NaI探測(cè)器結(jié)合使用，充分發(fā)揮了釓的熱中子反應(yīng)截面 大以及NaI探測(cè)器能量分辨較好的特點(diǎn)，將能量測(cè)量和計(jì)數(shù)測(cè)量有效地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí) 現(xiàn)了對(duì)中子和伽馬射線的同時(shí)探測(cè)，分別記錄，進(jìn)而使得可以對(duì)中子和伽馬射線進(jìn)行高效 探測(cè)與甄別。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、適用范圍廣、探測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。此 外更重要的是，與現(xiàn)有的3He正比計(jì)數(shù)管相比，本發(fā)明所涉及的各種原材料(例如釓、NaI) 的獲得不受任何限制，可以滿足大批量生產(chǎn)的需要。雖然已經(jīng)結(jié)合特定實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，前述實(shí)施例 僅僅是作為示例，而并不是為了限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)其已有的專業(yè)知識(shí)可以 容易地想象到這些實(shí)施例的其他的變形和修改，其可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情 況下對(duì)本發(fā)明做出這些變形和修改，以獲得本發(fā)明的部分或所有優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種中子伽馬探測(cè)器(1)，其包括釓轉(zhuǎn)換體(11)、第一慢化體(12、13)、碘化鈉探測(cè) 器(14、15)、第二慢化體(16)以及光電倍增管(PMT1、PMT2)，其特征在于，所述釓轉(zhuǎn)換體 (11)沿所述中子伽馬探測(cè)器(1)的長(zhǎng)軸方向設(shè)置在兩個(gè)第一慢化體(12、1；3)之間，所述釓 轉(zhuǎn)換體(11)及其兩側(cè)的所述第一慢化體(12、1；3)位于兩個(gè)碘化鈉探測(cè)器(14、1幻之間，每 個(gè)所述碘化鈉探測(cè)器(14、15)的一端都連接有相應(yīng)的光電倍增管(PMT1、PMT2)，所述第二 慢化體(16)設(shè)置在由所述釓轉(zhuǎn)換體(11)、所述第一慢化體(12、1；3)和所述碘化鈉探測(cè)器 (14,15)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的外圍。
2.如權(quán)利要求1所述的中子伽馬探測(cè)器(1)，其特征在于，所述釓轉(zhuǎn)換體(11)為金屬 釓片。
3.如權(quán)利要求1或2所述的中子伽馬探測(cè)器(1)，其特征在于，所述釓轉(zhuǎn)換體(11)的 厚度為l_2mm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的中子伽馬探測(cè)器(1)，其特征在于，所述釓轉(zhuǎn)換體(11)的 與所述兩個(gè)碘化鈉探測(cè)器(14、1幻分別相對(duì)的兩個(gè)主表面的面積分別與和其相對(duì)的碘化 鈉探測(cè)器的相應(yīng)側(cè)面的面積相同。
5.如權(quán)利要求1-4之任一項(xiàng)所述的中子伽馬探測(cè)器(1)，其特征在于，在所述碘化鈉探 測(cè)器(14、15)與所述光電倍增管(PMT1、PMT2)之間連接有光導(dǎo)(17、18)。
6.一種中子伽馬探測(cè)裝置，其包括如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的中子伽馬探測(cè)器 ⑴以及甄別計(jì)數(shù)電路O)，所述甄別計(jì)數(shù)電路⑵用于對(duì)所述光電倍增管(PMT1、PMT2)輸 出的信號(hào)進(jìn)行甄別處理，以分別記錄中子計(jì)數(shù)和伽馬計(jì)數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的中子伽馬探測(cè)裝置，其特征在于，所述甄別計(jì)數(shù)電路( 包含 低閾甄別器(23、對(duì))、符合器(25)、或門(27)、高閾甄別器( )、中子計(jì)數(shù)器(沈)、延時(shí)器 (29)和多道分析器(30)。
8.如權(quán)利要求7所述的中子伽馬探測(cè)裝置，其特征在于，所述低閾甄別器(23、24)和所 述符合器05)用于判斷所述兩個(gè)光電倍增管(PMT1、PMT2)的輸出信號(hào)是否同時(shí)高于預(yù)定 低閾甄別閾值，如果是，則由中子計(jì)數(shù)器06)進(jìn)行中子計(jì)數(shù)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的中子伽馬探測(cè)裝置，其特征在于，所述或門(XT)和高閾甄 別器08)用于判斷所述兩個(gè)光電倍增管(PMT1、PMT2)的輸出信號(hào)中是否其中之一超過(guò)預(yù) 定高閾甄別閾值，如果是，則由中子計(jì)數(shù)器06)進(jìn)行中子計(jì)數(shù)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的中子伽馬探測(cè)裝置，其特征在于，所述延時(shí)器09)和多道 分析器(30)用于記錄伽馬射線能譜，當(dāng)所述中子計(jì)數(shù)器06)進(jìn)行中子計(jì)數(shù)時(shí)，該中子計(jì)數(shù) 器06)將輸出反符合信號(hào)給所述多道分析器(30)，此時(shí)所述多道分析器(30)的反符合門 被關(guān)閉，其不記錄所述光電倍增管(PMT1、PMD)的輸出信號(hào)；反之，當(dāng)所述中子計(jì)數(shù)器06) 不進(jìn)行中子計(jì)數(shù)時(shí)，所述多道分析器(30)的反符合門打開(kāi)，其將記錄被延時(shí)的所述光電倍 增管(PMT1、PMT2)的輸出信號(hào)。
11.如權(quán)利要求7-10之一所述的中子伽馬探測(cè)裝置，其特征在于，每個(gè)所述光電倍增 管的輸出端(PMT1、PMT2)都與相應(yīng)的低閾甄別器03、M)的輸入端相連，每個(gè)低閾甄別器 (23,24)的輸出端均連接到所述符合器0 的輸入端，所述符合器0 的輸出端與所述 中子計(jì)數(shù)器06)的輸入端相連；所述兩個(gè)光電倍增管(PMT1、PMD)的輸出端還與所述或 門(XT)的輸入端相連，所述或門(XT)的輸出端連接到所述高閾甄別器08)的輸入端，所述高閾甄別器08)的輸出端連接到所述中子計(jì)數(shù)器06)的輸入端，所述中子計(jì)數(shù)器06) 的輸出端與所述多道分析器(30)相連；所述兩個(gè)光電倍增管(PMT1、PMD)的輸出端還與所 述延時(shí)器09)的輸入端相連，所述延時(shí)器09)的兩個(gè)輸出端分別連接到所述多道分析器 (30)的兩個(gè)輸入端。
12.—種中子伽馬探測(cè)方法，該方法包括如下步驟使射入中子伽馬探測(cè)器的中子被第二慢化體慢化，變成能量降低的中子；使所述能量 降低的中子依次穿過(guò)碘化鈉探測(cè)器和第一慢化體，從而變成熱中子；使所述熱中子與釓轉(zhuǎn) 換體發(fā)生熱中子俘獲反應(yīng)，放出伽馬射線，使所述伽馬射線穿過(guò)與所述釓轉(zhuǎn)換體相鄰的第 一慢化體后射入與第一慢化體相鄰的碘化鈉探測(cè)器中產(chǎn)生閃爍光子，所述閃爍光子經(jīng)碘化 鈉探測(cè)器的表面多次反射后輸入到光電倍增管的光陰極，從而產(chǎn)生與所射入的中子相關(guān)的 電信號(hào)；使射入中子伽馬探測(cè)器的伽馬射線穿過(guò)第二慢化體射入到與該射入側(cè)第二慢化體相 鄰的碘化鈉探測(cè)器中，其中一部分伽馬射線在該碘化鈉探測(cè)器中產(chǎn)生閃爍光子，而另一部 分伽馬射線將分別穿過(guò)該碘化鈉探測(cè)器、與該碘化鈉探測(cè)器相鄰的第一慢化體、釓轉(zhuǎn)換體 以及與該釓轉(zhuǎn)換體相鄰的另一第一慢化體，最終射入另一碘化鈉探測(cè)器中產(chǎn)生閃爍光子， 在上述各碘化鈉探測(cè)器中所產(chǎn)生的閃爍光子經(jīng)相應(yīng)的碘化鈉探測(cè)器的表面多次反射后輸 入到與各碘化鈉探測(cè)器分別耦合的光電倍增管的光陰極，從而產(chǎn)生與所射入的伽馬射線相 關(guān)的電信號(hào)；對(duì)上述與中子相關(guān)的電信號(hào)和與伽馬射線相關(guān)的電信號(hào)進(jìn)行甄別處理，以分別記錄中 子計(jì)數(shù)和伽馬計(jì)數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的中子伽馬探測(cè)方法，該方法進(jìn)一步包括如下步驟對(duì)所述光 電倍增管輸出的電信號(hào)進(jìn)行低閾甄別，將所述電信號(hào)與預(yù)定低閾甄別閾值進(jìn)行比較，如果 兩個(gè)所述光電倍增管輸出的所述電信號(hào)同時(shí)高于所述預(yù)定低閾甄別閾值，則進(jìn)行中子計(jì) 數(shù)，否則，進(jìn)行伽馬計(jì)數(shù)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的中子伽馬探測(cè)方法，該方法進(jìn)一步包括如下步驟對(duì)所 述光電倍增管輸出的電信號(hào)進(jìn)行高閾甄別，將所述電信號(hào)與預(yù)定高閾甄別閾值進(jìn)行比較， 如果兩個(gè)所述光電倍增管輸出的所述電信號(hào)中有一個(gè)超過(guò)了所述預(yù)定高閾甄別閾值，則進(jìn) 行中子計(jì)數(shù)，否則，進(jìn)行伽馬計(jì)數(shù)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的中子伽馬探測(cè)方法，該方法進(jìn)一步包括如下步驟當(dāng)進(jìn) 行所述中子計(jì)數(shù)時(shí)，多道分析器的反符合門關(guān)閉，其不記錄所述光電倍增管輸出的所述電 信號(hào)；反之，當(dāng)進(jìn)行所述伽馬計(jì)數(shù)時(shí)，使所述多道分析器的反符合門打開(kāi)，其記錄被延時(shí)的 所述光電倍增管輸出的所述電信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種中子伽馬探測(cè)裝置和探測(cè)方法，其具有中子伽馬探測(cè)器和甄別計(jì)數(shù)電路，其中所述中子伽馬探測(cè)器包括釓轉(zhuǎn)換體、第一慢化體、碘化鈉探測(cè)器、第二慢化體以及光電倍增管。本發(fā)明通過(guò)將釓轉(zhuǎn)換體與NaI探測(cè)器結(jié)合使用，充分發(fā)揮了釓的熱中子反應(yīng)截面大以及NaI探測(cè)器能量分辨較好的特點(diǎn)，將能量測(cè)量和計(jì)數(shù)測(cè)量有效地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)中子和伽馬射線的同時(shí)探測(cè)，分別記錄，進(jìn)而使得可以對(duì)中子和伽馬射線進(jìn)行高效探測(cè)與甄別。
文檔編號(hào)G01T3/06GK102081166SQ20091023869
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者彭華, 李金 , 趙崑 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司