核素识别系统及光中子发射器技术方案

本实用新型专利技术公开了核素识别系统及光中子发射器。光中子发射器包括：用于发射电子的脉冲电子加速器；以及用于接收脉冲电子加速器发射的电子，并将该电子转换成光中子的光中子转换靶，所述光中子转换靶的体积大致是100至8000立方厘米、100至2500立方厘米，或大致是785立方厘米。本实用新型专利技术可以提高核素识别的准确度，以及提供实用的、用于核素识别的光中子发射器、方法及系统，尤其是提高了识别诸如233U，235U和239Pu的易裂变核素的准确度，以及提供了实用的、识别诸如233U，235U和239Pu的易裂变核素的光中子发射器、方法和系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
核素识别系统及光中子发射器
本技术涉及一种核素识别系统及用于核素识别的光中子发射器，特别是用于识别诸如233u，235U和239Pu的易裂变核素的方法、系统及光中子发射器。
技术介绍
在安检中，对于易裂变核素的检查是非常重要的。所谓易裂变核素，主要指的是233U，235U和239Pu等由热中子即可诱发裂变的核素。与之对应的，则是不易裂变核素，例如238U0如果铀材料中的235U丰度很高(例如超过90%)，那么它就可能是武器级的铀材料，反之，如果丰度很低(如天然的0.7%或更低)，则就是贫铀。在实际工作中，了解一个铀材料是属于富集铀还是贫铀是很重要的，这涉及到了对该材料的处理方法，前者要严格管控，后者则可以在规则允许的范围内进行使用。因此，就需要对铀材料中的235U和238U的丰度形成认识。由于铀的这两个同位素具有同样的原子序数(Z = 92)，因此通过MeV能量的光子类方法是无法完成对它们的区分的(因为这个能量的光子只敏感于元素，而非核素)，必须考虑中子类方法。中子类方法包含了许多细分技术，例如:1、中子诱发瞬发伽马射线分析，和2、中子诱发裂变。在技术I中，利用235U和238U吸收中子后产生的特征Y射线能谱的不同来进行二者之间的分辨。这种技术的主要问题在于238U的热中子吸收截面较小，灵敏度差，因此难以使用热中子的辐射俘获反应。快中子的非弹散射反应虽然可以用，但是快中子源的产额和寿命通常都不够，因此难以进行实用。在技术2中，利用235U的易裂变特性和裂变后的β缓发中子、光子，可以对235U的存在与否做出提示。但是这种方法的特异性不强，仅靠这些信号无法准确地确认就是235U核素。
技术实现思路
因此，本技术的目的是提供一种核素识别方法、核素识别系统及用于核素识别的光中子发射器，由此例如提高核素识别的准确度，以及提供实用的核素识别方法及系统。根据本技术的一方面，本技术提供了一种用于核素识别的光中子发射器，光中子发射器包括:用于发射电子的脉冲电子加速器；以及用于接收脉冲电子加速器发射的电子，并将该电子转换成光中子的光中子转换靶。根据本技术的一方面，所述光中子转换靶的体积大致是100至8000立方厘米、100至2500立方厘米，或大致是785立方厘米。根据本技术的一方面，所述光中子转换靶是圆柱体，该圆柱体的直径和轴向长度的范围是5至20厘米、5至15厘米、8至12厘米、9至11厘米、9.5至10.5厘米、或大致是10厘米。根据本技术的一方面，该圆柱体的直径和轴向长度大致相等。根据本技术的一方面，所述光中子转换靶是正方体，该正方体的边长的范围是5至20厘米、5至15厘米、8至12厘米、9至11厘米、9.5至10.5厘米、或大致是10厘米。根据本技术的一方面，所述光中子转换靶由重水或者铍形成。根据本技术的一方面，本技术提供了一种核素识别方法，该方法包括如下步骤:将被检查的物体放置在光中子发射器与光中子探测器之间；由光中子发射器在预定时刻发射预定能量范围的光中子；由光中子探测器检测分别经不同飞行时间到达光中子探测器的光中子数量，由此获得依飞行时间排列各个所述光中子数量的样品谱；以及根据上述样品谱中特定飞行时间范围的光中子数量是否低于预定值，确定物体所含的核素。根据本技术的一方面，所述核素识别方法还包括:在不放置物体的情况下，由光中子发射器在预定时刻发射预定能量范围的光中子，由光中子探测器检测分别经不同飞行时间到达光中子探测器的光中子数量，由此获得依飞行时间排列各个所述光中子数量的标准谱；以及通过将样品谱与标准谱进行比较，确定样品谱中特定飞行时间范围的光中子数量是否低于预定值。根据本技术的一方面，所述核素识别方法还包括:根据特定飞行时间范围的光中子数量与由光中子发射器发射的、对应特定飞行时间的光中子数量的比值，确定物体所含核素的重量。根据本技术的一方面，光中子发射器在同一时刻发射预定能量范围的光中子。根据本技术的一方面，所述预定能量范围是0.1至1000eV。根据本技术的一方面，所述被检查的物体包含易裂变核素。根据本技术的一方面，所述光中子发射器是上述的光中子发射器。根据本技术的一方面，本技术提供了一种核素识别系统，该核素识别系统包括:光中子发射器，用于在预定时刻发射预定能量范围的光中子；光中子探测器，用于接收光中子发射器发射的光中子以获得各个时刻接收的光中子量；光中子飞行时间计时器，用于记录光中子发射器发射的光中子从发射到被光中子探测器接收的飞行时间；以及数据处理单元，用于根据每一时刻光中子探测器接收到的光中子的数量以及飞行时间，形成依飞行时间排列各个所述光中子数量的光中子数量谱。根据本技术的一方面，所述核素识别系统还包括:比较确定单元，用于将被检查物体放置在光中子发射器与光中子探测器之间时获得的光中子数量谱中、特定飞行时间范围的光中子数量与预定值进行比较，确定物体所含的核素。根据本技术的一方面，所述比较确定单元通过将放置物体时的获得的光中子数量谱与没有放置物体时获得的光中子数量谱进行比较，确定放置物体时的光中子数量谱中特定飞行时间范围的光中子数量是否低于预定值。根据本技术的一方面，所述光中子发射器是上述的光中子发射器。本技术可以提高核素识别的准确度，以及提供实用的、用于核素识别的光中子发射器、方法及系统，尤其是提高了识别诸如233U，235U和239Pu的易裂变核素的准确度，以及提供了实用的、识别诸如233U，235U和239Pu的易裂变核素的光中子发射器、方法和系统。【附图说明】图1是根据本技术的核素识别方法的原理图；图2是235U和238U的中子弹性散射曲线；图3是根据本技术的核素识别系统的示意图；图4是当235U和238U分别被检测时的时间飞行谱图；图5是根据本技术的光中子转换靶的示意图；以及图6是根据本技术的光中子转换靶的时间-能量分布图。【具体实施方式】下面结合附图及【具体实施方式】对本技术做进一步说明。如图1至4所示，根据本技术的核素识别系统包括:光中子发射器10、光中子探测器20、光中子飞行时间计时器以及数据处理单元。光中子发射器用于在预定时刻发射预定能量范围的光中子，光中子探测器用于接收光中子发射器发射的光中子以获得各个时刻接收的光中子量，光中子飞行时间计时器用于记录光中子发射器发射的光中子从发射到被光中子探测器20接收的飞行时间，数据处理单元用于根据每一时刻光中子探测器20接收到的光中子的数量以及飞行时间，形成依飞行时间排列各个所述光中子数量的光中子数量谱(参见图4)。核素识别系统还可以包括比较确定单元，用于将被检查物体放置在光中子发射器与光中子探测器之间时获得的光中子数量谱中、特定飞行时间范围的光中子数量与预定值进行比较，确定物体所含的核素。根据本技术的核素识别系统可以用来识别诸如233U, 235U和239Pu的易裂变核素。所述比较确定单元可以通过将放置物体时的获得的光中子数量谱与没有放置物体时获得的光中子数量谱进行比较，确定放置物体时的光中子数量谱中特定飞行时间范围的光中子数量是否低于预定值。此外，也可以采用其它方式确定预定值，例如根据理论数据和经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核素识别的光中子发射器，其特征在于，包括： 用于发射电子的脉冲电子加速器；以及 用于接收脉冲电子加速器发射的电子，并将该电子转换成光中子的光中子转换靶。

【技术特征摘要】
1.一种用于核素识别的光中子发射器，其特征在于，包括: 用于发射电子的脉冲电子加速器；以及 用于接收脉冲电子加速器发射的电子，并将该电子转换成光中子的光中子转换靶。2.根据权利要求1所述的用于核素识别的光中子发射器，其特征在于 所述光中子转换靶的体积大致是100至8000立方厘米、100至2500立方厘米，或大致是785立方厘米。3.根据权利要求1或2所述的用于核素识别的光中子发射器，其特征在于 所述光中子转换靶是圆柱体，该圆柱体的直径和轴向长度的范围是5至20厘米、5至15厘米、8至12厘米、9至11厘米、9.5至10.5厘米、或大致是10厘米。4.根据权利要求3所述的用于核素识别的光中子发射器，其特征在于 该圆柱体的直径和轴向长度大致相等。5.根据权利要求1或2所述的用于核素识别的光中子发射器，其特征在于 所述光中子转换靶是正方体，该正方体的边长的范围是5至20厘米、5至15厘米、8至12厘米、9至11厘米、9.5至10.5厘米、或大致是10厘米。6.根据权利要求1或2所述的用于核素识别的光中子发射器，其特征在于 所述光中子转换靶由重...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志强，杨祎罡，王学武，张勤俭，陈怀璧，李元景，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11