中子劑量當(dāng)量測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核與輻射探測領(lǐng)域，尤其涉及一種中子劑量當(dāng)量測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中子輻射防護(hù)量的劑量當(dāng)量監(jiān)測存在著許多困難，主要有:1)中子輻射場的中子能量范圍往往比較寬，并伴隨有光子產(chǎn)生；2)中子注量與劑量當(dāng)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)隨能量變化比較大，有近兩個量級的差異；3)用于探測中子的探測器大多數(shù)是熱中子靈敏的，對快中子靈敏度比較低；4)探測時探頭的材料也會對探測器產(chǎn)生一些干擾等。
[0003]目前的中子劑量當(dāng)量儀大多數(shù)是采用單個計數(shù)器、獨立慢化體(或加放吸收體)設(shè)計思路研制，其面臨的主要問題是劑量當(dāng)量能量響應(yīng)不理想，只能兼顧某一特定能量范圍的計數(shù)響應(yīng)，同時常不能使用于環(huán)境中子本底輻射及低劑量水平中子輻射場的測量；此外，可測量中子輻射場中子能量譜的多球中子譜儀，因為采用多個探測球體進(jìn)行測量，應(yīng)用于現(xiàn)場輻射防護(hù)測量和低劑量水平中子輻射場測量多有不足之處。
[0004]因此，在研制和開發(fā)中子劑量監(jiān)測儀表時，一方面需考慮傳統(tǒng)的中子劑量儀的測量快捷使用方便等優(yōu)點，同時要克服劑量能量響應(yīng)不理想這一缺點；另一方面吸取多球中子譜儀可以獲取中子能譜方面信息的優(yōu)點，同時克服場所多球中子譜儀在使用上的不方便；現(xiàn)有中子劑量當(dāng)量儀表尚未有效的將上述兩方面有機的結(jié)合起來，取長補短。
[0005]近年來使用液體閃爍體作為探測部件來研制中子劑量當(dāng)量儀是輻射防護(hù)領(lǐng)域中子劑量測量儀表的新方向，液體閃爍體主要有C和H組成，可有效探測到快中子成份，可探測到能量高達(dá)150MeV的中子；同時因為閃爍體為液體狀態(tài)，易做成大體積的探測部件，因而具有較大的有效靈敏體積，提高探測儀表的靈敏度。進(jìn)一步開發(fā)和利用液體閃爍體優(yōu)越性能可很好的滿足當(dāng)前輻射防護(hù)領(lǐng)域中子劑量探測的需求。
[0006]但是，在包含不同能量段的中子輻射場的條件下，目前沒有任何一種現(xiàn)有技術(shù)能夠?qū)χ凶觿┝慨?dāng)量進(jìn)行全面的監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種中子劑量當(dāng)量測量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的中子劑量當(dāng)量儀的相對單一化、靈敏度偏低、測量能量有限、能量響應(yīng)不理想等問題。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種中子劑量當(dāng)量測量裝置，其特征在于，包括:彼此隔離的多個液體閃爍體計數(shù)區(qū)，每個液體閃爍體計數(shù)區(qū)的探測材料是液體閃爍體，用于與中子相互作用以獲得產(chǎn)生光子數(shù)；透光玻璃面，所有液體閃爍體計數(shù)區(qū)一端均由透光玻璃面密封；光導(dǎo)和光電倍增管，中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子透過透光玻璃面輸出到光導(dǎo)，通過光導(dǎo)匯集輸出到光電倍增管中進(jìn)行計數(shù)，以獲得各個液體閃爍體計數(shù)區(qū)的產(chǎn)生光子數(shù)總和；數(shù)據(jù)處理器，用于對產(chǎn)生光子數(shù)總和進(jìn)行計算獲得所在中子輻射場的劑量當(dāng)量。
[0009]優(yōu)選地，所述液體閃爍體是摻有wB或6Li的液體閃爍體。
[0010]優(yōu)選地，在不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)，中子的慢化程度不同，不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)對不同能量的響應(yīng)不同，使得不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)探測不同能量的中子。
[0011]優(yōu)選地，不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)與透光玻璃面的界面涂膜不同的透光衰減材料，使得中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子以不同的透光率輸出到光導(dǎo)中。透光玻璃面可以為高透光率玻璃材料，厚度在0.1cm-1cm之間。
[0012]優(yōu)選地，多個(N個)液體閃爍體計數(shù)區(qū)由N個半徑不同的半圓球殼彼此隔離，每個半圓球殼球心處于同一位置，按照同方向放置。N個半圓球殼端面由透光玻璃面固定并密封，將透光玻璃面分成(N-1)個同心圓環(huán)面和I個圓面。半圓球殼由中子反應(yīng)截面小、密度輕、強度大的輕質(zhì)金屬或非金屬材料制成，厚度在0.之間。半圓球殼內(nèi)外表面經(jīng)光學(xué)反光處理，均涂膜密制高反光材料。半圓球殼可以是非半球型球殼，球殼立體角在30。-150。之間。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種中子劑量當(dāng)量測量方法，其特征在于，包括步驟:建立彼此隔離的多個液體閃爍體計數(shù)區(qū)，每個液體閃爍體計數(shù)區(qū)的探測材料是液體閃爍體，用于與中子相互作用以獲得產(chǎn)生光子數(shù)；設(shè)置透光玻璃面，使得所有液體閃爍體計數(shù)區(qū)一端均由透光玻璃面密封；設(shè)置光導(dǎo)和光電倍增管，使得中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子透過透光玻璃面輸出到光導(dǎo)，通過光導(dǎo)匯集輸出到光電倍增管中進(jìn)行計數(shù)，以獲得各個液體閃爍體計數(shù)區(qū)的產(chǎn)生光子數(shù)總和；以及對產(chǎn)生光子數(shù)總和進(jìn)行計算獲得所在中子福射場的劑量當(dāng)量。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠使得單個測量設(shè)備分區(qū)對不同能量的中子分段測量，通過求解矩陣的方法準(zhǔn)確獲得中子劑量當(dāng)量，并采用大體積、摻有可測量熱中子材料的液體閃爍體作為探測部件，從而實現(xiàn)高靈敏度和寬量程的中子劑量當(dāng)量測量。
【附圖說明】
[0015]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0016]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的中子劑量當(dāng)量測量裝置的框圖；
[0017]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的中子劑量當(dāng)量測量方法的流程圖；
[0018]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的中子劑量當(dāng)量儀的結(jié)構(gòu)示意圖；并且
[0019]圖4示出了圖3所示中子劑量當(dāng)量儀的俯視剖面圖。
[0020]在這些附圖中，使用相同的參考標(biāo)號來表示相同或相似的部分。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0022]在以下描述中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的實施例或示例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度，但并非每個實施例或示例都必然包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度。另外，重復(fù)使用短語“在一個實施例中”雖然有可能是指代相同實施例，但并非必然指代相同實施例。
[0023]為簡單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。
[0024]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的中子劑量當(dāng)量測量裝置100的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]中子劑量當(dāng)量測量裝置100包括:彼此隔離、大體積的多個液體閃爍體計數(shù)區(qū)102，每個液體閃爍體計數(shù)區(qū)102的探測材料是液體閃爍體，用于與中子相互作用以獲得產(chǎn)生光子數(shù)；透光玻璃面104，所有液體閃爍體計數(shù)區(qū)102 —端均由透光玻璃面104密封；光導(dǎo)106和光電倍增管108，中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子透過透光玻璃面104輸出到光導(dǎo)106，通過光導(dǎo)106匯集輸出到光電倍增管108中進(jìn)行計數(shù)，以獲得各個液體閃爍體計數(shù)區(qū)102的產(chǎn)生光子數(shù)總和；數(shù)據(jù)處理器110，用于對產(chǎn)生光子數(shù)總和進(jìn)行計算獲得所在中子福射場的劑量當(dāng)量。
[0026]在不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)102，中子的慢化程度不同，不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)102對不同能量的響應(yīng)不同，使得不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)102可以探測不同能量的中子。一般的液體閃爍體往往不能準(zhǔn)確測到熱能到低能這一能量段的中子，所以可以使液體閃爍體摻有iqB或6Li,或者使用任何可以探測熱能-0.lMeV、0.lMeV-150MeV中子的液體閃爍體。
[0027]不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)102與透光玻璃面104的界面涂膜不同的透光衰減材料，使得中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子以不同的透光率輸出到光導(dǎo)106中。透光玻璃面104可以為高透光率玻璃材料，厚度在0.1cm-1cm之間。
[0028]在一個實例中，N個(一般為3?15個)液體閃爍體計數(shù)區(qū)102 (圖1中示出3個)由N個半圓球殼彼此隔離，每個半圓球殼的半徑不同。每個半圓球殼球心處于同一位置，按照同方向放置。N個半圓球殼端面由透光玻璃面104固定并密封，將透光玻璃面104分成(N-1)個同心圓環(huán)面和I個圓面。半圓球殼由中子反應(yīng)截面小、密度輕、強度大的輕質(zhì)金屬或非金屬材料制成，厚度在0.之間。半圓球殼內(nèi)外表面經(jīng)光學(xué)反光處理，均涂膜密制高反光材料。半圓球殼可以是非半球型球殼，球殼立體角在30° -150°之間。
[0029]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的中子劑量當(dāng)量測量方法200的流程圖。
[0030]方法200開始于步驟210，在該步驟中，建立彼此隔離、大體積的N個液體閃爍體計數(shù)區(qū)，每個液體閃爍體計數(shù)區(qū)的探測材料是液體閃爍體，用于與中子相互作用以獲得產(chǎn)生光子數(shù)?？梢允怪凶釉诓煌后w閃爍體計數(shù)區(qū)的慢化程度不同，不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)對不同能量的響應(yīng)不同，不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)探測不同能量的中子。采用摻有可探測熱中子材料的液體閃爍體，可測量熱能_150MeV能量段的中子。
[0031]接下來，在步驟220中，設(shè)置透光玻璃面，使得所有液體閃爍體計數(shù)區(qū)一端均由透光玻璃面密封。
[0032]在步驟230中，設(shè)置光導(dǎo)和光電倍增管，使得中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子透過透光玻璃面輸出到光導(dǎo)，通過光導(dǎo)匯集輸出到光電倍增管中進(jìn)行計數(shù)，以獲得各個液體閃爍體計數(shù)區(qū)的產(chǎn)生光子數(shù)總和。
[0033]可以在不同液體閃爍體計數(shù)區(qū)與透光玻璃面的界面涂膜不同的透光衰減材料，使得中子與液體閃爍體相互作用產(chǎn)生的光子以不同的透光率輸出到光導(dǎo)中。
[0034]可以用N個半徑不同的半圓球殼使N個液體閃爍體計數(shù)區(qū)彼此隔離。由透光玻璃面固定并密封N個半圓球殼端面,將透光玻璃面分成N-1個同心圓環(huán)面和I個圓面。
[0035]方法200結(jié)束于步驟240。在該步驟中，對N個產(chǎn)生光子數(shù)總和進(jìn)行計算獲得所在中子福射場的