一種基于中微子探測核潛艇的探測器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于潛艇探測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于中微子探測核潛艇的探測器。該探測器通過在鉛塊支架內(nèi)安裝若干個(gè)中心模塊構(gòu)成；中心模塊的中心為密閉的三層同心圓筒結(jié)構(gòu)，兩端分別設(shè)置一個(gè)光耦合材料室和一個(gè)光電倍增室，整個(gè)中心模塊由鉛殼及鍍鋁聚酯薄膜包覆；三層同心圓筒結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，由內(nèi)至外分別填充光纖型塑料閃爍體、釓混合材料及NaI(Tl)晶體材料；光耦合材料室內(nèi)填充光耦合材料；光電倍增室內(nèi)設(shè)置若干個(gè)與外部通過導(dǎo)線連接的光電倍增管。該探測器可直接區(qū)別出目標(biāo)物是否核潛艇，探測速度更快，所受干擾小，探測效果明顯且易于隱蔽。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于潛艇探測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于中微子探測核潛艇的探測 器。 -種基于中微子探測核潛艇的探測器

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對于核潛艇的探測一般包括兩種，聲納探測和非聲探測。
[0003] 聲納探測，包括主動聲納和被動聲納探測，即通過聲接收系統(tǒng)接收目標(biāo)反射回來 的主動信號的回波或者接收航行目標(biāo)自身輻射的噪聲，來檢測目標(biāo)的有無并估計(jì)目標(biāo)有關(guān) 參數(shù)。但是，聲納探測機(jī)動性差，難以進(jìn)行靈活、迅速的大面積搜索；其次，主動聲納容易 暴露己方位置，而被動聲納只有在敵方發(fā)出較大噪聲時(shí)才能進(jìn)行探測；再者，隨著現(xiàn)代潛艇 各種消聲技術(shù)的應(yīng)用，潛艇的聲波噪已經(jīng)接近于海洋本底噪聲，聲納探潛的能力已被大大 削弱（國妍、王江安，"光電探測在探潛方面的發(fā)展分析"，《艦船科學(xué)技術(shù)》，2002, Vol. 24， No. 4) 〇
[0004] 非聲探潛又包括磁異常探潛、激光探潛、基于雷達(dá)海面回波探潛、基于光尾流探 潛、聲泡學(xué)特性探潛等方式。
[0005] 磁異常探潛是利用鋼結(jié)構(gòu)潛艇在航行中引起大地磁場擾動，靜止時(shí)也給地磁場造 成磁異常，通過探測地磁場的變化，實(shí)現(xiàn)探潛。目前，現(xiàn)代潛艇表面都經(jīng)過消磁處理，對大地 磁場擾動很小，給磁異常探潛帶來了困難；磁異常探測不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離潛艇探測，且受本地 磁噪聲和水文氣象條件的影響較大，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中大功率的電磁壓制會使磁探儀束手無策 (曾小牛、李夕海，"基于磁異常探測的航空反潛技術(shù)"，《國家安全地球物理叢書（五）一地 球物理與海洋安全》，2009年）。
[0006] 激光探潛是一種利用記載的激光發(fā)射和接收設(shè)備，通過發(fā)射大功率窄脈沖激光探 測，根據(jù)有沒有反射信號及其信號特征來推斷探測到的是否為潛艇。目前還沒有探測深度 達(dá)到300米的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，已達(dá)到的探測深度是70米，與實(shí)用要求相差懸殊，且這種方法的探 測范圍有限必須在潛艇周圍才有效，因而效率不高（馬治國、王江安，"一種新的激光探潛方 法"，《海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)》，2002, Vol. 14, No. 6)。
[0007] 基于雷達(dá)海面回波探潛利用雷達(dá)天線向海面某一方向區(qū)域輻射電磁波，由于潛艇 潛行時(shí)產(chǎn)生震動、水平和縱向運(yùn)動，形成的尾流、尾跡對潛艇上部水面的浪場和流場產(chǎn)生了 擾動，從而導(dǎo)致海水表面的粗糙度隨之改變，影響了海面雷達(dá)后向散射系數(shù)的變化，通過接 收海面反射的回波信號的"異常"來發(fā)現(xiàn)水下潛艇的存在。但是，受海情、潛深條件等限制嚴(yán) 重，潛艇在3級以上海情下引起的雷達(dá)反射回波被海面雜波所淹沒，探潛效率較低（俞駿、 劉以安等，"基于雷達(dá)海面回波的水下潛艇非聲探測"，《火力與指揮控制》，2009, Vol. 34， No. 12)。
[0008] 在海洋中航行的潛艇輻射電磁波傳播到海水表層，激發(fā)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度的變 化，留下一條明顯的熒光軌跡，這種熒光的波長在450?490nm之間，位于近紫外波段，潛艇 的行駛使其在身后的海水形成渦流，激使發(fā)光細(xì)菌的生物發(fā)光勾畫出潛艇渦動的光尾流， 這種光尾流大約經(jīng)過15min就會自動衰減消失，海面恢復(fù)到正常狀態(tài)?；诠馕擦魈綕撜?是通過在大氣層或空間檢測光尾流來實(shí)現(xiàn)潛艇的探測。通過發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光效應(yīng)探測潛艇 的軌跡是一種綜合性的邊沿學(xué)科技術(shù)，涉及光學(xué)、聲學(xué)、海洋生物學(xué)、電子學(xué)、信號處理等學(xué) 科領(lǐng)域，仍需大量的深入研究（王江安、宗思光，"潛艇光尾流產(chǎn)生機(jī)理及其探測技術(shù)研究"， 《激光與紅外》，2003, Vol. 33, No. 4)。
[0009] 潛艇在水下航行過程中尾流會產(chǎn)生大量的氣泡，通過聲納發(fā)射聲波，同時(shí)改變聲 納的頻率，若在聲納中接收的回升聲源級強(qiáng)烈衰減，說明有氣泡的存在，且聲波的頻率接近 氣泡的共振頻率，從而判斷附近海域有潛艇活動，實(shí)現(xiàn)氣泡聲學(xué)特性探潛。由于尾流中氣泡 的空間尺度一般比潛艇本身大兩個(gè)量級，使得探潛成功概率大為增加。但是，目前的研究 還較為膚淺，給出的模型僅能判斷有無潛艇存在，不能確定潛艇的具體位置（聶邦勝、邱仁 貴，"氣泡聲學(xué)特性探潛方法研究"，《海洋技術(shù)》，2007, Vol. 26, No. 4)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 就目前的潛艇探測器而言，無論是聲納探潛還是非聲探潛，均不以核潛艇探測為 唯一目的，因此并不能明確所探測的目標(biāo)物究竟是常規(guī)潛艇還是核潛艇，正是這種不確定 性會給實(shí)際應(yīng)對工作造成困難。本實(shí)用新型的目的就是解決上述不確定性，從而提供了一 種基于中微子探測核潛艇的探測器。
[0011] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
[0012] 該探測器通過在鉛塊支架內(nèi)安裝若干個(gè)中心模塊構(gòu)成；所述中心模塊的中心為密 閉的三層同心圓筒結(jié)構(gòu)，兩端分別設(shè)置一個(gè)光稱合材料室和一個(gè)光電倍增室，整個(gè)中心模 塊由鉛殼及鍍鋁聚酯薄膜包覆；
[0013] 所述三層同心圓筒結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，由內(nèi)至外分別填充光纖型塑料閃爍 體、釓混合材料及Nal (T1)晶體材料；
[0014] 所述光耦合材料室內(nèi)填充光耦合材料；
[0015] 所述光電倍增室內(nèi)設(shè)置若干個(gè)與外部通過導(dǎo)線連接的光電倍增管。
[0016] 所述中心模塊的數(shù)量為9個(gè)，均勻排列固定在鉛塊支架中。
[0017] 所述鉛塊支架的兩端分別設(shè)置鉛制的底盤和頂蓋，將中心模塊包覆在內(nèi)。
[0018] 所述光稱合材料為娃膠。
[0019] 所述光纖型塑料閃爍體為BC-454型塑料閃爍體。
[0020] 所述釓混合材料為金屬釓摻雜石墨粉末，其中，金屬釓與石墨粉末的體積比為6 : 4。石墨用于慢化上述反β衰變過程產(chǎn)生的中子，使其能量降低轉(zhuǎn)化為熱中子，此熱中子被 釓俘獲發(fā)生（η，Υ)反應(yīng)，釋放Υ光子。
[0021] 所述三層同心圓筒結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層圓筒的外壁由鍍鋁聚酯薄膜包覆。
[0022] 本實(shí)用新型的有益效果為：
[0023] (1)該探測器在其它探測器無法確定目標(biāo)物種類時(shí)，直接區(qū)別出目標(biāo)物是否核潛 艇；
[0024] (2)由于中微子以光速運(yùn)動，即中微子一經(jīng)產(chǎn)生，瞬間即可被探測到，相比于其他 探測器，本探測器探測速度更快；
[0025] (3)雙層鉛殼的包覆和雙層鍍鋁聚酯薄膜，可以極大的降低宇宙射線本底對探測 效果的影響；
[0026] (4)將高能的Y光子轉(zhuǎn)化為低能的熒光光子，信號量大，探測效果明顯；
[0027] (5)本探測器置于海底使用，且不會主動發(fā)出任何信號，故隱蔽性非常好，難以被 反探測，保證己方設(shè)備的安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為核潛艇探測器中心模塊剖面圖。
[0029] 圖2為中心模塊三層同心圓筒結(jié)構(gòu)的底座和頂蓋的半剖示意圖。
[0030] 圖3為裝有底座的三層同心圓筒結(jié)構(gòu)的半剖示意圖。
[0031] 圖4為光耦合劑罐的半剖示意圖。
[0032] 圖5為鉛殼的半剖示意圖。
[0033] 圖6為鉛塊支架的示意圖。
[0034] 圖中標(biāo)號：
[0035] 1-鉛殼；2-三層同心圓筒結(jié)構(gòu)；3-光稱合材料室；4-光電倍增室；5-光纖型塑料 閃爍體；6-釓混合材料；7-NaI (T1)晶體材料；8-鍍鋁聚酯薄膜；9-光電倍增管；10-導(dǎo)線 出口。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 本實(shí)用新型提供了一種基于中微子探測核潛艇的探測器，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0037] 如圖1所示，該探測器的結(jié)構(gòu)如下：該探測器通過在鉛塊支架內(nèi)均勻安裝9個(gè)中心 模塊構(gòu)成，鉛塊支架的兩端分別設(shè)置鉛制的底盤和頂蓋，將中心模塊包覆在內(nèi)；所述中心模 塊的中心為密閉的三層同心圓筒結(jié)構(gòu)2,兩端分別設(shè)置一個(gè)光稱合材料室3和一個(gè)光電倍 增室4,整個(gè)中心模塊由鉛殼1及鍍鋁聚酯薄膜8包覆；
[0038] 三層同心圓筒結(jié)構(gòu)2的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，由內(nèi)至外分別填充光纖型塑料閃爍體5、 釓混合材料6及Nal (T1)晶體材料7 ;光耦合材料室3內(nèi)填充光耦合材料；光電倍增室4內(nèi) 設(shè)置若干個(gè)與外部通過導(dǎo)線出口 10連接的光電倍增管9。
[0039] 塑料閃爍體實(shí)際上是固態(tài)聚合的液體閃爍體，塑料閃爍體易于加工成各種形狀， 而且體積可以做得很大也可以做得很細(xì)。塑料閃爍體，性能較為穩(wěn)定，時(shí)間響應(yīng)特性較好。 由于光在光纖壁上發(fā)生全反射，且對磁場不靈敏，本探測器選用光纖型塑料閃爍體作為閃 爍體材料，具體為BC-454型塑料閃爍體。
[0040] 釓為銀白色金屬，有延展性，熔點(diǎn)1313°C，沸點(diǎn)3266°C，密度7.9004g/cm3。金屬 釓在干燥空氣中比較穩(wěn)定，且具有最高的熱中子俘獲截面，可用作反應(yīng)堆控制材料和防護(hù) 材料，熱中子與金屬釓的相互作用主要是Gdl57和Gdl55兩種同位素的熱中子俘獲反應(yīng)，即 (η，γ)反應(yīng)。本探測器選擇釓混合材料為中子探測材料，所述釓混合材料由金屬釓與石墨 粉末按體積比6:4均勻混合；石墨用于慢化上述反β衰變過程產(chǎn)生的中子，使其能量降低 轉(zhuǎn)化為熱中子，此熱中子被釓俘獲發(fā)生（η，Υ)反應(yīng)，釋放Υ光子。
[0041] 鉈激活的Nal晶體為無色透明晶體，密度為3. 67g/cm3,它的突出特點(diǎn)是閃爍效 率高。Nal (T1)對γ射線具有較高的探測效率，且具有較好的能量分辨率，本探測器選擇 Nal (T1)晶體作為閃爍體材料。
[0042] 鍍鋁聚酯薄膜具有優(yōu)良的耐折性和良好的韌性，很少出現(xiàn)針孔和裂口，無揉曲龜 裂現(xiàn)象，因此對氣體、水蒸汽、氣味、光線等的阻隔性較高，光反射率可達(dá)97%。本探測器選 擇其作為反射層。
[0043] 光耦合材料是折射率很大的透明介質(zhì)，把它放在閃爍體與光電倍增管入射窗之 間，將能顯著減少由于全反射造成的閃爍光子損失。本探測器的光耦合材料選擇硅膠。
[0044] 本探測器的工作原理如下：
[0045] 來自于目標(biāo)物的反應(yīng)堆中微子進(jìn)入探測器，與光纖型塑料閃爍體中的質(zhì)子發(fā)生反 β衰變反應(yīng)，產(chǎn)生正電子和中子。正電子很快與電子湮滅，產(chǎn)生Υ光子，Υ光子被鍍鋁聚酯 薄膜反射故停留在光纖型塑料閃爍體內(nèi)，并與光纖型塑料閃爍體作用產(chǎn)生大量低能熒光光 子；中子穿過鍍鋁聚酯薄膜，進(jìn)入釓混合材料層，被混合其中的石墨慢化成熱中子，熱中子 與釓混合層的釓發(fā)生（η，Υ)反應(yīng)產(chǎn)生Υ光子，Υ光子進(jìn)入Nal (Τ1)晶體層，并與Nal (Τ1) 作用產(chǎn)生大量熒光光子。在光纖型塑料閃爍體和Nal (T1)晶體中產(chǎn)生的低能光子經(jīng)光耦合 材料輸送到光電倍增管中，光子與光電倍增管光陰極發(fā)生作用產(chǎn)生光電子，光電倍增管電 子倍增系統(tǒng)對電信號放大，電流信號經(jīng)導(dǎo)線由導(dǎo)線出口輸出。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于中微子探測核潛艇的探測器，通過在鉛塊支架內(nèi)安裝若干個(gè)中心模塊構(gòu) 成，其特征在于，所述中心模塊的中心為密閉的三層同心圓筒結(jié)構(gòu)，兩端分別設(shè)置一個(gè)光耦 合材料室和一個(gè)光電倍增室，整個(gè)中心模塊由鉛殼及鍍鋁聚酯薄膜包覆； 所述三層同心圓筒結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，由內(nèi)至外分別填充光纖型塑料閃爍體、釓 混合材料及Nal (T1)晶體材料； 所述光耦合材料室內(nèi)填充光耦合材料； 所述光電倍增室內(nèi)設(shè)置若干個(gè)與外部通過導(dǎo)線連接的光電倍增管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于中微子探測核潛艇的探測器，其特征在于，所述中 心模塊的數(shù)量為9個(gè)，均勻排列固定在鉛塊支架中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于中微子探測核潛艇的探測器，其特征在于，所述鉛 塊支架的兩端分別設(shè)置鉛制的底盤和頂蓋，將中心模塊包覆在內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于中微子探測核潛艇的探測器，其特征在于，所述光 奉禹合材料為娃膠。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于中微子探測核潛艇的探測器，其特征在于，所述光 纖型塑料閃爍體為BC-454型塑料閃爍體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于中微子探測核潛艇的探測器，其特征在于，所述釓 混合材料為金屬釓摻雜石墨粉末，其中，金屬釓與石墨粉末的體積比為6 :4。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于中微子探測核潛艇的探測器，其特征在于，所述三 層同心圓筒結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層圓筒的外壁由鍍鋁聚酯薄膜包覆。
【文檔編號】G01V5/00GK203881957SQ201420318730
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】馬續(xù)波, 趙艷飛, 陳義學(xué), 賴偉成 申請人:華北電力大學(xué)