本發(fā)明涉及一種用于快中子通量的測量裝置及其測量方法，其屬于中子探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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中子通量的測量對(duì)于中子測井技術(shù)、核裂變、核聚變、瞬發(fā)中子活化技術(shù)、硼中子俘獲治療等領(lǐng)域都有著重要的意義。中子呈電中性，因此中子屬于間接電離輻射粒子，當(dāng)其通過物質(zhì)時(shí)，無法通過庫侖相互作用將能量傳遞給核外電子，因而中子不能直接引起物質(zhì)電離。中子的電離過程是通過中子與原子核相互作用產(chǎn)生能引起電離的次級(jí)帶電粒子，次級(jí)帶電粒子在物質(zhì)中產(chǎn)生電離。中子按能量可分為慢中子(<1keV)、中能中子(1～100keV)、快中子(0.1～20MeV)。中子與物質(zhì)的反應(yīng)截面依賴于中子能量以及與中子相互作用的物質(zhì)，常用的中子探測方法包括核反沖法、核反應(yīng)法、活化法和核裂變。然而由于中子與物質(zhì)的相互作用包含非彈性散射以及輻射俘獲反應(yīng)，因此中子輻射都伴隨有光子輻射。要精確的測量中子通量，如何去除光子對(duì)中子通量測量的影響是一個(gè)必須要考慮的問題。

目前，常用作中子通量監(jiān)測的探測器包括氦3正比計(jì)數(shù)器，塑料閃爍體探測器。氦3正比計(jì)數(shù)器中的氦3對(duì)于熱中子具有較大的反應(yīng)截面，而且氦3正比計(jì)數(shù)器對(duì)于光子輻射比較不敏感，然而氦3與中子的反應(yīng)截面隨著中子能量的增加而迅速下降，此外由于氦3供應(yīng)量不足，導(dǎo)致氦3正比計(jì)數(shù)器并不適于快中子通量的測量。塑料閃爍體由于富含氫原子，因此廣泛用于快中子通量的測量，然而塑料閃爍體對(duì)于光子輻射同樣敏感，這給用塑料閃爍體測量中子通量帶來了困難。因此，對(duì)于快中子通量測量的新方法是一個(gè)值得研究的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于快中子通量的測量裝置及其測量方法，該方法利用高密度聚乙烯層和鈦層將快中子轉(zhuǎn)換為次級(jí)光子，以X熒光探測器測量次級(jí)光子能譜，分析能譜中鈦能量為4.51keV的特征X射線全能峰，利用該全能峰計(jì)數(shù)與入射快中子通量的響應(yīng)關(guān)系即可給出入射中子通量的信息。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于快中子通量的測量裝置，包括產(chǎn)生快中子的快中子源，沿快中子飛行的方向依次放置的高密度聚乙烯層、鈦層和X熒光探測器，將快中子源位于其內(nèi)的源防護(hù)體，為X熒光探測器提供工作電壓的電源，與X熒光探測相連接的放大器，多道分析器，信號(hào)傳輸系統(tǒng)，與信號(hào)傳輸系統(tǒng)相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連的顯示系統(tǒng)，所述放大器與多道分析器的輸入端相連接，多道分析器的輸出端連接信號(hào)傳輸系統(tǒng)，并將多道分析器處理后的信號(hào)通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述高密度聚乙烯層與鈦層相連接，快中子源和X熒光探測器分別位于高密度聚乙烯和鈦層的兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述快中子源距高密度聚乙烯層的距離為1-10mm，X熒光探測器距鈦層的距離為1-10mm，所述X熒光探測器中心與快中子源的中心偏離8-12cm。

進(jìn)一步地，所述高密度聚乙烯層厚度為1-10mm，鈦層的厚度為20-200μm，二者截面積相等。

進(jìn)一步地，所述鈦層中鈦的質(zhì)量百分含量高于99.99％。

進(jìn)一步地，所述源防護(hù)體為圓柱形殼層結(jié)構(gòu)，其中對(duì)著高密度聚乙烯層的一面開孔，孔徑與圓柱體內(nèi)半徑相同，所述源防護(hù)體為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)至外分別為鎢、含硼聚乙烯、碳酸鋰。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種用于快中子通量的測量方法，包括如下步驟：

步驟1：沿快中子飛行的方向依次放置高密度聚乙烯層、鈦層和X熒光探測器，高密度聚乙烯層與鈦層相連接，利用高密度聚乙烯層和鈦層將快中子轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子；

步驟2：采集包含鈦能量為4.51keV的特征X射線的次級(jí)光子；

步驟3：分析處理采集的信號(hào)；

步驟4：分析并顯示出入射快中子通量。

進(jìn)一步地，所述步驟1中，快中子源發(fā)射的快中子照射高密度聚乙烯，快中子與高密度聚乙烯中的氫原子反應(yīng)生成反沖質(zhì)子并由高密度聚乙烯層出射后與鈦層反應(yīng)，在此過程中產(chǎn)生次級(jí)光子，次級(jí)光子中包含鈦能量為4.51keV的特征X射線，X熒光探測器采集次級(jí)光子信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述步驟3中，多道分析器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行幅度/數(shù)字轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)分析，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析鈦能量為4.51keV的特征X射線的全能峰得到全能峰的凈計(jì)數(shù)，利用該全能峰凈計(jì)數(shù)與入射快中子通量的響應(yīng)關(guān)系即給出入射中子通量的信息。

進(jìn)一步地，所述在步驟4中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析鈦能量為4.51keV的特征X射線全能峰的凈計(jì)數(shù)并通過顯示系統(tǒng)顯示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)、本發(fā)明利用X熒光探測器測量快中子激發(fā)的鈦能量為4.51keV的特征X射線，通過其全能峰的凈計(jì)數(shù)與中子的響應(yīng)，從而給出入射快中子的通量信息。

(2)、X射線全能峰的測量所受背景信號(hào)干擾較小，因此容易扣除本底計(jì)數(shù)，獲得準(zhǔn)確的全能峰凈計(jì)數(shù)，快中子通量測量的精度高。

(3)、本發(fā)明利用高密度聚乙烯層和鈦層將快中子轉(zhuǎn)換成次級(jí)X熒光，并利用X熒光探測器測量次級(jí)X熒光，該方法簡單，易執(zhí)行。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明用于快中子通量的測量裝置，包括：產(chǎn)生快中子的快中子源，沿快中子飛行的方向依次放置的高密度聚乙烯層、鈦層和X熒光探測器，將快中子源位于其內(nèi)的源防護(hù)體，為X熒光探測器提供工作電壓的電源，與X熒光探測相連接的放大器，多道分析器，信號(hào)傳輸系統(tǒng)，與信號(hào)傳輸系統(tǒng)相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連的顯示系統(tǒng)。其中放大器與多道分析器的輸入端相連接，多道分析器的輸出端連接信號(hào)傳輸系統(tǒng)，并將多道分析器處理后的信號(hào)通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

其中高密度聚乙烯層與鈦層相連接，快中子由快中子源產(chǎn)生，快中子源和X熒光探測器分別位于高密度聚乙烯和鈦層的兩側(cè)，快中子源位于源防護(hù)體內(nèi)，源防護(hù)體與快中子源位于高密度聚乙烯和鈦層的同側(cè)，快中子源距高密度聚乙烯層的距離為1-10mm，X熒光探測器距鈦層的距離為1-10mm。其中X熒光探測器中心與快中子源的中心偏離8-12cm。

其中高密度聚乙烯層厚度為1-10mm，鈦層的厚度為20-200μm，二者截面積相等。

其中鈦層所使用的鈦為高純鈦金屬，其中鈦的質(zhì)量百分含量應(yīng)高于99.99％。

其中源防護(hù)體為圓柱形殼層結(jié)構(gòu)，其中對(duì)著高密度聚乙烯層的一面開孔，孔徑與圓柱體內(nèi)半徑相同。其中源防護(hù)體為層狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)至外分別為鎢、含硼聚乙烯、碳酸鋰。

本發(fā)明用于快中子通量的測量方法，包括以下步驟：

步驟1：沿快中子飛行的方向依次放置高密度聚乙烯層、鈦層和X熒光探測器，高密度聚乙烯層與鈦層相連接，利用高密度聚乙烯層和鈦層將快中子轉(zhuǎn)換成次級(jí)光子；

步驟2：采集包含鈦能量為4.51keV的特征X射線的次級(jí)光子；

步驟3：分析處理采集的信號(hào)；

步驟4：分析并顯示出入射快中子通量。

其中在步驟1中，所述快中子源發(fā)射的快中子照射高密度聚乙烯層和鈦層并生成次級(jí)光子，X熒光探測器采集次級(jí)光子信號(hào)；其中X熒光探測器通過放大器與多道分析器的輸入端相連接。

其中快中子源發(fā)射的快中子照射高密度聚乙烯，快中子與高密度聚乙烯中的氫原子反應(yīng)生成反沖質(zhì)子并由高密度聚乙烯層出射后與鈦層反應(yīng)，在此過程中產(chǎn)生次級(jí)光子，次級(jí)光子中包含鈦能量為4.51keV的特征X射線。

其中在步驟3中，多道分析器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行幅度/數(shù)字轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)分析，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析鈦能量為4.51keV的特征X射線的全能峰得到全能峰的凈計(jì)數(shù)，利用該全能峰凈計(jì)數(shù)與入射快中子通量的響應(yīng)關(guān)系即可給出入射中子通量的信息。

多道分析器的輸出端連接所述的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，并將多道分析器處理后的信號(hào)通過信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

在步驟4中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析鈦能量為4.51keV的特征X射線全能峰的凈計(jì)數(shù)并通過顯示系統(tǒng)顯示。

本發(fā)明的一種用于快中子通量的測量方法，利用X熒光探測器測量給出鈦能量為4.51keV的特征X射線的全能峰，通過該全能峰計(jì)數(shù)與入射快中子通量的響應(yīng)關(guān)系即可給出入射中子通量的信息。具體原理如下：

沿快中子入射方向放置高密度聚乙烯層、鈦層、X熒光探測器。當(dāng)快中子進(jìn)入高密度聚乙烯后，快中子將與高密度聚乙烯中的氫原子碰撞產(chǎn)生反沖質(zhì)子，若反沖質(zhì)子能量足夠即可從高密度聚乙烯出射從而入射到鈦層。質(zhì)子在鈦層中與鈦原子發(fā)生內(nèi)轉(zhuǎn)換過程，放出內(nèi)轉(zhuǎn)換電子，從而在在鈦核外電子的內(nèi)殼層留下空穴。當(dāng)外殼層電子向內(nèi)殼層躍遷時(shí)即會(huì)產(chǎn)生鈦的特征X射線，其能量為4.51keV。利用X熒光探測器收集鈦能量為4.51keV的特征X射線，通過多道分析器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行幅度/數(shù)字轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)分析。利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析信號(hào)并獲得能譜中該特征X射線的全能峰的凈計(jì)數(shù)，通過該特征X射線對(duì)入射中子的響應(yīng)，即可給出入射中子通量的信息。

綜上所述，本發(fā)明利用多道分析器接收鈦能量為4.51keV的特征X射線光譜信號(hào)，通過分析4.51keV的X射線全能峰的凈計(jì)數(shù)給出入射快中子的通量信息。該方法受本底干擾小，可有效的提高入射快中子通量的測量精度，該方法簡單，易執(zhí)行。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。