一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头及其测试标定方法技术方案

本发明专利技术属于核辐射探测技术领域，涉及一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头及其测试标定方法。所述的用于光纤中子探测系统测试与标定的探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，所述的探测材料由含232Th的物质以及闪烁体材料组成；所述的金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。利用本发明专利技术的用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，可以产生稳定的微弱荧光，该荧光既具有来自高电离能力的粒子(α粒子)的贡献，也具有来自低电离能力的粒子(β、γ粒子)的贡献，从而无需强中子场即可进行整套光纤中子探测系统的测试及部分标定实验，简化了光纤中子探测系统的测试及标定过程。

A probe for testing and calibration of optical fiber neutron detection system and its calibration method

The invention belongs to the technical field of nuclear radiation detection, and relates to a probe for testing and calibrating an optical fiber neutron detection system and a test calibration method thereof. The probe used for testing and calibrating the optical fiber neutron detection system comprises an optical fiber end, a detection material evenly coated on the surface of the optical fiber end, and a metal cap covering the outside of the detection material. The detection material is composed of a substance containing 232Th and a scintillator material; the metal cap can ensure the measurement. The smooth passage of the child can also avoid the effect of light. Using the probe for testing and calibrating the optical fiber neutron detection system, a stable faint fluorescence can be produced, which has the contribution from the particles with high ionization ability (alpha particles) as well as from the particles with low ionization ability (beta and gamma particles), so that the whole optical fiber can be carried out without strong neutron field. The test and part calibration experiments of the sub-detection system simplify the test and calibration process of the optical fiber neutron detection system.

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头及其测试标定方法
本专利技术属于核辐射探测
，涉及一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头及其测试标定方法。
技术介绍
近年来，国内外开发了多种用于诸如反应堆堆芯内的燃料棒间等狭窄空间处的中子测量的小型光纤中子探测器。该类探测器的体积可做到1mm3以下甚至更小，便于伸入反应堆中进行中子的实时测量。该类探测器的探头结构通常有两种。一种为在用于传导的石英光纤或塑料光纤的顶端直接涂覆或安装探测材料(对于传导光纤，由侧面进入的光子很难满足全反射条件，因而仅在其顶端安装或涂覆探测材料)。示例性的该种探头10的结构如图1所示，包括传导光纤11、光学屏蔽层12、闪烁物质13及铝帽14。光学屏蔽层12包覆在传导光纤11非顶端的外侧；闪烁物质13由6LiF与ZnS:Ag混合而成，并涂覆在传导光纤11顶端；铝帽14包覆在闪烁物质13的外侧。闪烁物质13中6Li与热中子可发生6Li(n，t)4He反应，其中t为氚核，4He为α粒子。α粒子及氚核与闪烁物质中的ZnS:Ag发生作用，可产生闪烁光。另一种为将探测材料涂覆于波长转换光纤的顶端及侧面，然后将波长转换光纤与传导光纤连接(对于波长转换光纤，由侧面进入的荧光光子会在该纤芯内重新生成发光中心，使得发光方向发生改变，因而即便是侧面进入的光子，也可生成新的可满足全反射条件的光子，因而可在侧面涂覆探测材料，而在侧面涂覆探测材料后，使得探测灵敏面积及体积增大，提高了探测效率)。示例性的该种探头10的结构如图2所示，包括波长转换光纤21、传导光纤11、光学屏蔽层12、闪烁物质13及铝帽14。波长转换光纤21的一端与传导光纤11相连接，另一端的顶部及侧面涂覆闪烁物质13后被铝帽14包覆；波长转换光纤21的外侧除被铝帽14包覆的部分外包覆有光学屏蔽层12，传导光纤11的外侧也包覆有光学屏蔽层12。闪烁光的产生原理如前一种探头部分所述。包括如上两种探头之一的现有技术的该种光纤中子探测器的探测系统的组成如图3所示。闪烁光通过探头10进入石英光纤11，在驱动单元15的驱动下通过光纤传输进入光电倍增管16，从而转换为电信号后被前置放大器17放大到探测水平。前置放大器17与多道分析器18相连接，从而得到光子谱信息，并转换为探头所在处的中子通量密度信息，传输给计算机19。在上述光纤中子探测系统的开发过程中，必然要进行整套系统的功能、性能等各种测试。过去使用的方法是将探头置于强中子场中，对系统运行测试；在需要对系统进行标定时，则将探头置于已知能量与注量的辐射场中(如已经进行过标定的反应堆中某区域)进行实验测试。由于在强中子场中进行的实验需要从辐射防护角度考虑很多因素，是费时费力的。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，以解决现有光纤中子探测系统进行测试与标定时需要引入强中子场，造成整个测试与标定过程较为繁琐的技术问题。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，所述的探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，所述的探测材料由含232Th的物质以及闪烁体材料组成；所述的金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的含232Th的物质为232ThO2。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的闪烁体材料为ZnS:Ag(即掺银硫化锌)。所述的闪烁体材料是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，在辐射探测领域发挥着十分重要的作用。常用的闪烁体材料有NaI：Tl、CsI：Tl、CsI：Na、ZnS：Ag、塑料闪烁体、蒽、茋等。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的含232Th的物质与所述的ZnS(不计其中掺入的Ag)的摩尔比为1:0.1-1:10。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的光纤为传导光纤，所述的传导光纤为石英光纤或塑料光纤。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的探测材料涂覆在所述的传导光纤末端的顶端。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的光纤为波长转换光纤。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其中所述的光纤为相互连接的传导光纤与波长转换光纤，所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。本专利技术的第二个目的是提供一种利用前述探头进行光纤中子探测系统测试与标定的方法，以解决现有光纤中子探测系统进行测试与标定时需要引入强中子场，造成整个测试与标定过程较为繁琐的技术问题。为实现此目的，在一种基础的实施方案中，本专利技术提供一种利用前述探头进行光纤中子探测系统测试与标定的方法，所述的方法包括如下步骤：(1)将所述的探头与已知探测效率η的微弱光探测计数系统相连接(探测效率η指计数系统测得的计数与入射的光子数之比。例如，入射100个光子，测得60个计数，则探测效率为0.6或60％。探测效率η总是小于等于1)，由此可得到探头自动发射光子的速率(即每秒钟可发射出多少个光子)；(2)将探头与未知探测效率的微弱光探测计数系统相连接，如该系统无计数，可判断该系统发生故障，可起到测试该系统能否正常工作的作用；如该系统能够正常工作，则由该系统测得的计数率除以探头每秒钟发射的光子数，即得到该探测计数系统的探测效率。由于发射的光子的时间分布对微弱光探测计数系统的探测效率有影响(即，如果1s内输入10个光子，这10个光子是每隔0.1s输入一个，则探测计数系统可能记到10个计数；如这10个光子是在第0.3s时刻同时入射3个，第0.6s时刻同时入射7个，由于探测计数系统对同时入射的光子无法分辨，可能只能探测到两个计数)，利用其它方法产生的微弱光(例如利用发光二极管)，生成的光子的时间分布很难恰巧与射线与探头发生作用时生成的光子的时间分布一致，因此利用其它方法标定的探测计数系统对光子的探测效率不能代表探测系统对由射线与探头相互作用生成的光子的探测效率。由于中子与射线作用生成光子的物理过程是中子先与反应物发生作用，生成α粒子，α粒子再与ZnS:Ag作用产生荧光；探头内的232Th可因衰变作用直接发射α粒子，α粒子再与ZnS:Ag作用产生荧光，因此本探头不仅能按照固定速率输出光子，而且输出光子的时间分布与探测中子的探头进行探测时输出光子的时间分布接近，因此，本方法可用于利用闪烁体光纤探头进行中子测量时的微弱光探测计数系统的探测效率的标定。为实现此目的，在另一种基础的实施方案中，本专利技术提供一种利用前述探头进行光纤中子探测系统测试与标定的方法，用于对光纤中子探测系统从中子、β、γ混合信号中分辨出中子信号的能力进行测试，包括如下步骤：(1)将光纤中子探测系统与探头进行连接；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其特征在于，所述的探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，所述的探测材料由含232Th的物质以及闪烁体材料组成；所述的金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤中子探测系统测试与标定的探头，其特征在于，所述的探头包括光纤末端、均匀涂覆在光纤末端表面的探测材料，及覆盖在探测材料外的金属盖帽，所述的探测材料由含232Th的物质以及闪烁体材料组成；所述的金属盖帽起到既能保证被测中子顺利通过，又能避光的作用。2.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的含232Th的物质为232ThO2；所述的闪烁体材料为ZnS:Ag。3.根据权利要求2所述的探头，其特征在于：所述的含232Th的物质与所述的ZnS的摩尔比为1:0.1-1:10。4.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的光纤为传导光纤，所述的传导光纤为石英光纤或塑料光纤。5.根据权利要求4所述的探头，其特征在于：所述的探测材料涂覆在所述的传导光纤末端的顶端。6.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的光纤为波长转换光纤。7.根据权利要求6所述的探头，其特征在于：所述的探测材料涂覆在所述的波长转换光纤末端的顶端及侧面。8.根据权利要求1所述的探头，其特征在于：所述的光纤为相互连接的传导光纤与波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝维，朱庆福，周琦，李健，杨中建，白召乐，谢伟民，程昊，杨楠，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14