直照補償型脈沖中子探測裝置及探測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于探測領(lǐng)域，具體涉及直照補償型脈沖中子探測裝置及探測系統(tǒng)，該探測裝置可以接收來自聚乙烯靶上的核反沖質(zhì)子，用于測量111-1O15n.CHf2.S—1的高強(qiáng)度脈沖中子。
【背景技術(shù)】
[0002]直照補償型脈沖中子探測器是一種對電荷靈敏的半導(dǎo)體探測器，它直接接收反沖質(zhì)子，反沖質(zhì)子在硅PIN探測器中沉積能量，形成電流輸出。由于硅PIN探測器對中子和伽馬等輻射都很敏感，而且在脈沖混合場中無法將中子伽瑪分開，另外在脈沖輻射情況下的散射本底也很嚴(yán)重，導(dǎo)致探測器的伽瑪甄別能力下降。為了在強(qiáng)伽馬輻射環(huán)境中測量中子信號，就必須扣除伽馬和散射本底的干擾。
[0003]通過補償電路扣除前后探測器的直照中子和伽瑪信號，探測系統(tǒng)輸出的中子信號全部由夾在兩片探測器之間的聚乙烯靶來提供，稱為“直照補償型脈沖中子探測器”。這種直照補償型脈沖中子探測器的使用場合是單次強(qiáng)脈沖中子束的測量，需要同軸性(時間響應(yīng)快)、經(jīng)濟(jì)性(結(jié)構(gòu)簡潔)、高可靠性的硅PIN半導(dǎo)體探測器。根據(jù)以前中子物理診斷的經(jīng)驗，并對反沖質(zhì)子法中子測量系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)撵`敏度調(diào)整，該系統(tǒng)可以用在任務(wù)中測量可幾當(dāng)量中子強(qiáng)度。為了降低測量的下限，可以縮短探測器到聚乙烯距離，為了解決前后探測器直照本底扣除問題，設(shè)計了信號補償電路。為了增加探測器的能量響應(yīng)曲線的平坦性，聚乙烯和探測器的厚度要減薄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種直照補償型脈沖中子探測裝置，能夠直接扣除伽馬和散射本底的干擾，加強(qiáng)中子的測量信號；結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種直照補償型脈沖中子探測裝置，其包括兩個硅PIN探測器、轉(zhuǎn)換靶以及補償盒，兩個所述硅PIN探測器平行設(shè)置，所述轉(zhuǎn)換靶設(shè)置在兩個硅PIN探測器之間；兩個硅PIN探測器的輸入端分別與高壓電源連接，兩個硅PIN探測器輸出端分別與所述補償盒的輸入端連接。
[0006]進(jìn)一步，所述補償盒的輸出端與信號同軸連接器連接。
[0007]進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換靶采用高密度聚乙烯片。
[0008]進(jìn)一步，每個所述硅PIN探測器中間設(shè)有鋁片。
[0009]進(jìn)一步，所述硅PIN探測器采用Φ 60平面工藝硅PIN探測器，所述硅PIN探測器厚度為300 μ m。
[0010]進(jìn)一步，所述聚乙稀片的厚度為100 μ m或200 μ m。
[0011]本發(fā)明還提供一種探測系統(tǒng)，包括上述所述直照補償型脈沖中子探測裝置，多個直照補償型脈沖中子探測裝置采用同軸設(shè)置。
[0012]進(jìn)一步，相鄰兩個所述直照補償型脈沖中子探測裝置之間通過鋁環(huán)隔開。
[0013]進(jìn)一步，每塊銷環(huán)的如端設(shè)有鎖]鐵棚磁鐵。
[0014]進(jìn)一步，在最前端的所述銣鐵硼磁鐵前設(shè)有過濾器。
[0015]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0016](I)通過在探測器加正高壓，使得探測器全耗盡并具有較大的線性電流；
[0017](2)通過設(shè)有補償電路，在探測時能夠扣除伽馬和散射本底干的擾，保證中子的測量信號；
[0018](3)在每個探測器中間加入鋁片，有效提高了探測器的直照信號扣除的準(zhǔn)確度；
[0019](4)本發(fā)明提供的探測系統(tǒng)，采用同軸設(shè)計，性能好，時間響應(yīng)快，測量高強(qiáng)度單次脈沖中子波形不畸變；
[0020](5)本發(fā)明提供的探測系統(tǒng)，在鉛過濾器后端加高強(qiáng)度銣鐵硼磁鐵，偏轉(zhuǎn)射線在鉛過濾器以及前端形成的次級電子；
[0021](6)補償后的信號有較快的時間響應(yīng)速度，補償電路對于不快于80ns的信號不會產(chǎn)生畸變；
[0022](7)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不需要高真空。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明直照補償型脈沖中子探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明直照補償型脈沖中子探測器補償電路的原理圖；
[0025]圖3是本發(fā)明探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:
[0027]1、2-硅PIN探測器 3-轉(zhuǎn)換靶4_補償盒
[0028]5-高壓源6-信號同軸連接器7-磁鐵
[0029]8-過濾器9-鋁環(huán)
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0031]如圖1所示，是本發(fā)明的直照補償型脈沖中子探測裝置，該裝置包括兩個大面積硅PIN探測器1、2、聚乙烯轉(zhuǎn)換靶3、補償盒4、高壓源5和信號同軸連接器6。
[0032]兩個硅PIN探測器1、2平行設(shè)置，聚乙烯轉(zhuǎn)換靶3設(shè)置在兩個硅PIN探測器之間；其中，兩個硅PIN探測器的輸入端分別與高壓源5連接，兩個硅PIN探測器輸出端分別與補償盒4的輸入端連接，補償盒4的輸出端與信號同軸連接器6連接。
[0033]本發(fā)明的直照補償型脈沖中子探測裝置，它接收由含氫物質(zhì)與中子反應(yīng)生成的反沖質(zhì)子的電荷，在大面積硅PIN探測器中形成電流輸出，中子直照信號以及伽馬和散射本底經(jīng)過補償電路進(jìn)行扣除，從而保證了中子的測量信號。探測裝置采用Φ60的平面工藝硅PIN探測器，硅PIN探測器厚度均為300 μπι，從而增加了探測裝置的能量響應(yīng)曲線的平坦性。轉(zhuǎn)化靶采用高密度聚乙烯片，聚乙烯厚度為100μπι、200 μπι兩種，兩個探測器的輸出信號經(jīng)過補償電路后成一路輸出，在兩個探測器中間加Imm左右的鋁片，有效提高了兩個探測器的直照信號扣除的準(zhǔn)確度。
[0034]實驗測量了探測裝置對MeV級質(zhì)子的時間響應(yīng)小于100ns。實驗表明，補償中子探測裝置對14MeV的中子束流，信噪比達(dá)到190倍。通過理論分析，探測裝置對裂變中子的靈敏度達(dá)到每中子10_16C.cm2量級，信噪比大于20。
[0035]如圖2所示，是本發(fā)明設(shè)計的直照補償型脈沖中子探測裝置補償電路的原理圖。補償電路包括一只集成運放組成的基本差動運算放大器，兩個輸入信號un、ui2分別加到反相輸入端U_和同相輸入端u +。當(dāng)電阻R1= R2= R3= 1?4時，輸出電壓U Q= u i2_un，如果將un、ui2作為前、后兩個硅PIN探測器的脈沖電壓輸出，則u ^可作為最終補償后的輸出信號。由此，該探測裝置通過設(shè)有補償電路，解決了伽馬和散射本底的干擾。
[0036]如圖3所示，是本發(fā)明提供的探測系統(tǒng)，該探測系統(tǒng)包括多個直照補償型脈沖中子探測裝置。
[0037]多個直照補償型脈沖中子探測裝置安裝到測量靶室后形成探測系統(tǒng)。圖中通過三套探測裝置來舉例說明，每一套直照補償型脈沖中子探測裝置之間用100_長的鋁環(huán)9隔開，每塊鋁環(huán)9前端加上強(qiáng)場銣鐵硼磁鐵7。在探測系統(tǒng)最前端銣鐵硼磁鐵7的前端設(shè)有直徑80mm、厚20mm的鉛過濾器8。三套探測器通過分壓電路進(jìn)行供電，同時變壓的+12V和一12V的電壓提供給補償電路。通過綜合考核實驗，在第一個半導(dǎo)體探測裝置前端加上ImmAl片，可以使前后兩個半導(dǎo)體探測裝置(相距約為2_)的直照靈敏度達(dá)到平衡。
[0038]探測裝置中子靈敏度標(biāo)定實驗在ING-103型DPF脈沖中子發(fā)生器裝置上進(jìn)行，理論計算100 μπι聚乙烯靶扣除直照效應(yīng)后的14MeV中子靈敏度為1.45X KT15C.cm2, 200 μπι聚乙烯靶扣除直照效應(yīng)后的14MeV中子靈敏度為2.73X KT15C.αιι2，硅PIN探測器14MeV中子直照靈敏度為2.45X 10_15C.cm2，在不確定度范圍內(nèi)與實驗結(jié)果一致。
[0039]本發(fā)明的直照補償型脈沖中子探測裝置及探測系統(tǒng)并不限于上述【具體實施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【主權(quán)項】
1.一種直照補償型脈沖中子探測裝置，其包括兩個硅PIN探測器(1、2)、轉(zhuǎn)換靶(3)以及補償盒(4)，其特征是:兩個所述硅PIN探測器平行設(shè)置，所述轉(zhuǎn)換靶(3)設(shè)置在兩個硅PIN探測器之間；兩個硅PIN探測器的一端分別與高壓源(5)連接，兩個硅PIN探測器另一端分別與所述補償盒(4)的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的直照補償型脈沖中子探測裝置，其特征是:所述補償盒(4)的輸出端與信號同軸連接器(6)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的直照補償型脈沖中子探測裝置，其特征是:所述轉(zhuǎn)換靶(3)采用高密度聚乙烯片。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的直照補償型脈沖中子探測裝置，其特征是:每個所述硅PIN探測器中間設(shè)有鋁片。
5.如權(quán)利要求4所述的直照補償型脈沖中子探測裝置，其特征是:所述硅PIN探測器采用Φ 60平面工藝硅PIN探測器，所述硅PIN探測器厚度為300 μ m。
6.如權(quán)利要求5所述的直照補償型脈沖中子探測裝置，其特征是:所述聚乙烯片的厚度為 100 μ m 或 200 μ m。
7.一種探測系統(tǒng)，其特征是:包括多個如權(quán)利要求1-6任一項所述的直照補償型脈沖中子探測裝置，多個直照補償型脈沖中子探測裝置采用同軸設(shè)置。
8.如權(quán)利要求7所述的探測系統(tǒng)，其特征是:相鄰兩個所述直照補償型脈沖中子探測裝置之間通過鋁環(huán)(9)隔開。
9.如權(quán)利要求8所述的探測系統(tǒng)，其特征是:每塊所述鋁環(huán)(9)的前端設(shè)有銣鐵硼磁鐵⑵。
10.如權(quán)利要求9所述的探測系統(tǒng)，其特征是:在最前端的所述銣鐵硼磁鐵(7)前設(shè)有過濾器⑶。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直照補償型脈沖中子探測裝置及探測系統(tǒng)，所述探測裝置包括兩個硅PIN探測器(1、2)、轉(zhuǎn)換靶(3)以及補償盒(4)，兩個所述硅PIN探測器平行設(shè)置，所述轉(zhuǎn)換靶(3)設(shè)置在兩個硅PIN探測器之間；兩個硅PIN探測器的輸入端分別與高壓電源(5)連接，兩個硅PIN探測器輸出端分別與所述補償盒(4)的輸入端連接。本發(fā)明的探測系統(tǒng)，包括多個直照補償型脈沖中子探測裝置。采用同軸設(shè)置本發(fā)明探測裝置，通過設(shè)有信號補償電路，能夠扣除伽馬和散射本底的干擾，加強(qiáng)中子的測量信號；在每個探測器中間加入鋁片，有效提高了探測器的直照信號扣除的準(zhǔn)確度；結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。
【IPC分類】G01T3-08
【公開號】CN104597480
【申請?zhí)枴緾N201410841644
【發(fā)明人】張國光
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日