基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计及其测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计及其测量方法，该个人剂量计包括主探测器及其外层转化体组件、核电子学系统，主探测器及其外层转化体组件包括三个钝化注入平面硅探测器，从上至下依次为Open探测器、Fast探测器、Albedo探测器，所述的Open探测器前方设有聚乙烯层和6LiF镀层，Fast探测器前方设有聚乙烯层，Albedo探测器前方设有含硼聚乙烯层、聚乙烯层和6LiF镀层；核电子学系统为各个探测器提供高压，并获取探测信号进行多道分析。本发明专利技术提供了两种测量模式，直读模式中可实时给出中子注量及个人剂量当量信息，解谱模式中能够更加精确地给出中子场能谱。本发明专利技术能量测量范围广，且具有能量分辨能力，可以在n‑γ混合场中使用。

【技术实现步骤摘要】
基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计及其测量方法
本专利技术涉及中子个人剂量计技术，具体涉及一种基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计及其测量方法。
技术介绍
目前较为常用的中子个人剂量计为CR-39固体塑料径迹探测器。这种塑料径迹探测器经中子照射后，其中的C、H和O等原子与中子发生碰撞产生反冲核，当反冲核能量足够大时就能在材料中产生损伤潜迹。随后再使用化学蚀刻或电化学蚀刻等方法，在探测器材料中蚀刻出易于观察的径迹，并在显微镜下经行观测。这种固体径迹型个人剂量计有体积小、测量时不需要电子学仪器等优点。但是其不足也十分明显：1.测量下限较高，约100keV，这是由于这种探测器测量反冲核这一基本原理，以及材料本身的性质所确定的，因此如果使用这种个人剂量计测量宽谱或能谱较软中子场时，会低估该中子场的剂量；2.这种个人剂量计只能测量中子的个数，而无法得知中子的能量，如果其使用场所与校准所用中子源的能谱差异较大，则其读数也必然偏高或偏低；3.这种个人剂量计为被动式中子个人剂量计，需要工作人员佩戴一段时间后，再进行读数，无法实时显示剂量，因此如果超过剂量限值也无法报警，只能用于非事故状态下的常规监测和剂量评价；4.对塑料径迹探测器进行读数时，需要使用显微镜等仪器，数探测器中的径迹个数，耗时耗力。关于CR-39中子个人剂量计的文献参考如下：曹磊,邓君,张贵英,等.CR39中子个人剂量计性能实验研究.辐射防护[J],2012,32(3):103-107.冯玉水,李俊雯,林治凯,等.CR-39塑料反冲径迹个人中子剂量计.核技术[J],1988,11(9):44-46.从20世纪60年代开始，半导体探测器开始较为广泛地用于中子探测。利用半导体探测器制作种子个人剂量计时，通常在探测器外附加一层中子转化体薄膜或涂层，通过中子与某些特定核素的核反应，生成次级带电粒子，进而得知中子的相关信息。这些核反应主要有6Li(n,α)T，10B(n,α)7Li，He(n,p)T，155,157Gd(n,γ)156,158Gd等。较为典型的半导体型中子个人剂量计为德国PTB生产的DOS-2002。这种个人剂量计主要基于单层硅探测器，并在探测器外层装有聚乙烯和6LiF，作为快中子和热中子转化体，通过记录中子数目推知个人剂量当量。DOS-2002具有一定的中子和γ射线分辨能力。DOS-2002的不足之处主要在于：无法分辨中子能量。这种个人剂量计的本质是记录热中子和快中子数目，而它的个人剂量当量响应随能量变化较大，最小值与最大值可能相差几个数量级。因此，只记录数目显然无法较准确地给出个人剂量当量。关于半导体中子个人剂量计的文献参考如下：Luszik-Bhadra.Electronicpersonaldoesmeters:Thesolutiontoproblemsofindividualmonitoringinmixedneutronfields？.RadiationProtectionDosimetry[J],2004,110(1-4):747-752.M.Luszuk-Bhadra,W.WendtandM.Weierganz.TheElectronicNeutron/PhotonDoesmeterPTBDOC-2002.RadiationProtectionDosimetry[J],2004,110(1-4):291-295.
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种能量测量范围广，且具有能量分辨能力的主动式中子个人剂量计，能够在n-γ混合场中使用，并同时提供该中子个人剂量计的两种测量方式。本专利技术的技术方案如下：一种基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，包括主探测器及其外层转化体组件、核电子学系统，所述的主探测器及其外层转化体组件包括三个钝化注入平面硅探测器，从上至下依次为Open探测器、Fast探测器、Albedo探测器，所述的Open探测器前方设有聚乙烯层和6LiF镀层，Fast探测器前方设有聚乙烯层，Albedo探测器前方设有含硼聚乙烯层、聚乙烯层和6LiF镀层；核电子学系统为各个探测器提供高压，并获取探测信号进行多道分析。进一步，如上所述的基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，其中，所述的核电子学系统包括前置放大器、主放大器、低压电源、高压电源和多道分析器，三个钝化注入平面硅探测器的探测信号经前置放大器、主放大器送入多道分析器。进一步，如上所述的基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，其中，所述的三个钝化注入平面硅探测器封装在铝质外壳内。一种上述主动式中子个人剂量计的测量方法，采用直读模式，该方法首先将中子能区分为三部分：20meV～1keV慢中子能区，1keV～1MeV中能中子能区，1MeV～20MeV快中子能区，通过单能中子注量刻度实验获得不同能量下个人剂量计各个探测器的注量响应，计算出不同能区的平均注量响应，然后利用注量-个人剂量当量转换系数获得个人剂量当量响应；Fast探测器的计数除以其响应即为快中子贡献的个人剂量当量，Open探测器与Fast探测器的计数之差除以Open探测器对低能中子的响应为低能中子贡献的个人剂量当量，Albedo探测器与Open探测器的计数之差除以中能中子响应即为中能中子贡献的个人剂量当量，三者之和为总的中子个人剂量当量。另一种上述主动式中子个人剂量计的测量方法，采用解谱模式，该方法利用反冲质子的能量与角度与中子能量存在如下关系：Ep＝Encos2φ其中，Ep为反冲质子能量，En为入射中子能量，φ为反冲角，将Fast探测器测得的脉冲幅度谱反卷积为中子能谱。本专利技术的有益效果如下：1)本专利技术的个人剂量计的中子能量测量范围覆盖辐射防护常见中子场能量范围，热能～20MeV；2)本专利技术具有一定能量分辨能力，能够分别给出低能中子、中能中子和快中子的个人剂量当量；3)本专利技术的探测下限较低，为9.86×10-1μSv；4)本专利技术具有γ射线甄别能力，能够在n-γ混合场中使用；5)本专利技术提供了两种测量模式，直读模式中可实时给出中子注量及个人剂量当量信息，解谱模式中能够更加精确地给出中子场能谱。附图说明图1为本专利技术主探测器及其外层转化体组件的结构示意图；图2为个人剂量计核电子学系统的结构示意图；图3为个人剂量当量响应结果示意图；图4为个人剂量计7MeV光子响应计算结果示意图；图5为解谱模式中子能谱结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术提供了一种基于三层硅探测器的中子个人剂量计，主要包括以下部分：主探测器及其外层转化体组件、核电子学系统。本专利技术同时提供了该中子个人剂量计的两种测量模式，包括直读方法及解谱软件。中子个人剂量计探测器主体直径20mm，高20mm，封装在20mm×40mm×60mm的铝制外壳中。组件中主要包括三个钝化注入平面硅探测器，硅探测器周围装有聚乙烯、含硼聚乙烯、6LiF等材料作为慢化体、吸收体和转化体，形成夹心结构。硅探测器从上至下依次名为Open探测器、Fast探测器以及Albedo探测器。如图1所示，Fast探测器2前方只装有聚乙烯层4，该探测器只能记录快中子与氢核发生弹性散射生成的反冲质子。Fast探测器2只对能量大于1MeV的中子产生响应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，其特征在于：包括主探测器及其外层转化体组件、核电子学系统，所述的主探测器及其外层转化体组件包括三个钝化注入平面硅探测器，从上至下依次为Open探测器、Fast探测器、Albedo探测器，所述的Open探测器前方设有聚乙烯层和6LiF镀层，Fast探测器前方设有聚乙烯层，Albedo探测器前方设有含硼聚乙烯层、聚乙烯层和6LiF镀层；核电子学系统为各个探测器提供高压，并获取探测信号进行多道分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，其特征在于：包括主探测器及其外层转化体组件、核电子学系统，所述的主探测器及其外层转化体组件包括三个钝化注入平面硅探测器，从上至下依次为Open探测器、Fast探测器、Albedo探测器，所述的Open探测器前方设有聚乙烯层和6LiF镀层，Fast探测器前方设有聚乙烯层，Albedo探测器前方设有含硼聚乙烯层、聚乙烯层和6LiF镀层；核电子学系统为各个探测器提供高压，并获取探测信号进行多道分析。2.如权利要求1所述的基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，其特征在于：所述的核电子学系统包括前置放大器、主放大器、低压电源、高压电源和多道分析器，三个钝化注入平面硅探测器的探测信号经前置放大器、主放大器送入多道分析器。3.如权利要求1所述的基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计，其特征在于：所述的三个钝化注入平面硅探测器封装在铝质外壳内。4.一种权利要求1-3中任意一项所述的基于三层硅探测器的主动式中子个人剂量计的测量方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦听雨，李玮，倪宁，王志强，刘毅娜，李立华，夏莉，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11