一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统，可适用于高能加速器、反应堆等单能及宽能中子辐射场源强测量及量值传递，其包括中子探头、信号处理系统和数据分析系统；中子探头由中心热中子探测器、内层慢化体、中子倍增层、外围热中子探测器、反射层、侧向热中子吸收体、外层慢化体、前向热中子吸收体组成。其中，中心热中子探测器采用位置灵敏型中子探测器，获取辐射场的能谱信息，并设置能量权重因子对中心热中子探测器的能量响应进行补偿，进而提高测量精度。本发明专利技术具有结构新颖，测量能区范围宽，角响应特性好，能够进行能量响应补偿，源强测量精度高等特点。

A wide energy neutron source strong measurement system for heavy metal multiplication

The invention discloses a wide-energy neutron source intensity measurement system with heavy metal multiplication, which can be used for measuring and transferring the intensity of single-energy and wide-energy neutron radiation field sources such as high-energy accelerators and reactors, including a neutron probe, a signal processing system and a data analysis system; a neutron probe is moderated by a central thermal neutron detector and an inner layer. Volume, neutron multiplication layer, peripheral thermal neutron detector, reflector, lateral thermal neutron absorber, outer moderator, forward thermal neutron absorber. The central thermal neutron detector uses a position-sensitive neutron detector to obtain the energy spectrum information of the radiation field, and sets the energy weight factor to compensate the energy response of the central thermal neutron detector, thereby improving the measurement accuracy. The invention has the advantages of novel structure, wide measuring energy range, good angular response characteristics, energy response compensation and high measuring precision of source strength.

【技术实现步骤摘要】
一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统
本专利技术涉及一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统，特别是高能加速器、反应堆定向辐射场的中子源强测量及量值传递。
技术介绍
利用中子源开展研究工作的一个基本要求是给出准确、可靠的中子源强度。常用的有活化法、伴随粒子法、反冲质子望远镜、裂变电离室和长中子计数器。活化法测量精度高，是离线测量方式，不能实现在线测量；伴随粒子法有一定的适用范围，只适应于特定的核反应类型；反冲质子望远镜能比较准确地探测单能中子个数，但在强流辐射场中会产生电子学阻塞及强本底干扰和中子辐照损伤等问题。长中子计数器通常由置于石蜡或聚乙烯腔内的热中子探测器构成，其简单、可靠，方向性强，能量响应特性较为平坦，n、γ甄别本领强，被广泛用于中子注量率测量的次级标准，在中子计量传递方面起着重要作用，传统长中子计数器5MeV以上存在随着能量增加注量能量响应而逐渐减小，不适用于高能中子辐射场源强测量，针对不同的测量需求，国内外对传统长中子计数器进行一定的改善。在RadiationMeasurements(2010)中，刊登的“DesignofanewlongcounterforthedeterminationoftheneutronfluencereferencevaluesattheIRSNAMANDEfacility”公开出版物中所报道的技术方案，在正比计数管前面增加聚乙烯柱，改善低能响应。在RadiationProtectionDosimetry(2013)中，刊登的“longcounteranditsapplicationforthecalibrationoftheneutronirradiators”公开出版物中所报道的技术方案，研制了外屏蔽层可组装拆卸的长中子计数器以便于携带。在RadiationProtectionDosimetry(2014)中，刊登的“ResponseImprovedforNeutronLongCounter”公开出版物中所报道的技术方案，在慢化体中嵌入钨材料，利用金属补偿材料的(n,xn)散裂反应改善高能响应，设计的长中子计数器未涉及到高能角响应改善。在RadiationProtectionDosimetry(2016)中，刊登的“Designofanextendedrangelongcounterusingsupermontecarlosimulation”公开出版物中所报道的技术方案，利用金属材料改善高能响应，未涉及低能响应改善和能量响应修正，其误差精度达±9％，且未考虑GeV高能区混合场其他带电粒子与探头作用产生次级中子的改善办法。在中国专利文献CN104898156A公开了一种定向宽能中子监视器探头，其采用裂变增殖材料和中子反射材料，拓宽能量范围和改善高能角响应，由于采用裂变材料必然带来防护问题，且采用单一热中子探测器，其能量适用范围通常小于6个能级，不能兼顾高能和低能两个能区，且源强测量未考虑响应补偿问题造成精度下降和其他高能粒子如高能质子与探头相互作用产生次级中子造成精度下降问题。采用多探测器测量方法在中子周围剂量当量仪中有一定应用，在中国专利文献CN101419290A公开了一种二元慢化型高能中子剂量仪，其利用中心计数区和外围计数区测量的方式解决高能中子剂量仪的能量响应不理想的问题，可使剂量仪能量响应到0.65-1.5之间，虽然能满足剂量仪这类辐射防护仪表的测量要求(响应误差按±100％要求)，但是由于采用比值法确定平均能量，无法对整个能区响应进行精细补偿，难以满足源强测量的精度要求(通常要求小于10％)，且其采用球形设计适用于各向同性辐射场如环境中子剂量测量，对于加速器、反应堆定向辐射场中子强度测量并不适用。上述公开报道均未给出高精度的宽能中子源强测量系统设计，有必要加以改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统，以提高中子源强测量精度。为此，本专利技术提供了一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统，该系统包括中子探头、信号处理系统和数据分析系统，中子探头包括中心热中子探测器、内层慢化体、中子倍增层、外围热中子探测器、反射层、侧向热中子吸收体、外层慢化体、前向热中子吸收体；中心热中子探测器、中子倍增层、外围热中子探测器、反射层均嵌入在内层慢化体中，中心热中子探测器在1keV-1GeV能量响应特性较为平坦，从而实现高能区中子的源强测量，外围热中子探测器在若干eV-1MeV能量响应特性较为平坦，从而实现较低能区中子的源强测量，两者之间结合拓宽能量测量区间达10个量级，中心热中子探测器采用位置灵敏型中子探测器，获取辐射场的能谱信息，所述数据分析系统用于设置能量权重因子对中心热中子探测器的能量响应进行补偿。进一步地，上述所述中心热中子探测器至少有两路输出信号，将两路输出信号差异经信号处理系统求和及相除后以确定位置信号，位置信号经模数转换器转换为数字信号输入到多道分析器，输出的脉冲幅度大小与中心热中子探测器位置建立一一对应关系，根据脉冲幅度差异确定位置信息，根据脉冲个数确定不同位置分区中子信号大小，所述信号处理系统获取中心热中子探测器各分区计数和外围热中子探测器的多路信号平均值并输出到数据分析系统。进一步地，上述中心热中子探测器被分为M个区域，每个区域i位于不同慢化深度，因而对不同能区响应不同，确定一个与中心热中子探测器每个区域i在第j段的能量响应Pi(Ej)与外围热中子探测器的能量响应RO(Ej)相关的f(Ej)函数，使其满足以下关系：根据以上函数确定第j个能量段能量权重因子Wj，对中心热中子探测器在第j个能量段的响应Rj进行补偿，补偿后的能量响应Rc的计算方法如下：其中Rt为目标能量响应，Rr为中心热中子探测器计算的能量响应。进一步地，上述中子倍增层由内外两层或多层组成，每层是不同种类、增殖能力不同的重金属材料，中子倍增层是采用(n,xn)反应实现中子倍增的重金属材料，例如铅、铬、铁、铜等。进一步地，上述的中子倍增层(6)外涂覆有对质子阻止本领高的涂层，其涂层是SiO2，或Al2O3。进一步地，上述外围热中子探测器选自BF3正比计数器、3He正比计数器、裂变电离室、涂硼电离室、或γ补偿型硼电离室。进一步地，上述中心热中子探测器位于中子探头的前端面，其端面位置在前向热中子吸收体覆盖范围内，外层留有空气孔或空气环，其目的是提高keV能区中子能量响应，目的是获得使得keV-1GeV能区能量响应特性较为平坦；外围热中子探测器距前端面一定距离深度，范围在5-20cm，其端面位置在前向热中子吸收体覆盖范围之外，目的是保持一定的聚乙烯厚度降低eV-keV中子能区能量响应，获得在eV-1MeV较为平坦的能量响应特性曲线。进一步地，上述外围热中子探测器个数大于3个，均匀沿径向分布在中子倍增层及反射层之间，方向与中心热中子探测器平行，测量系统获取每个外围热中子探测器的计数取平均值，目的是使外围热中子探测器能量响应满足各向同性的要求。本专利技术的有益效果：(1)本源强测量系统采用多探测器组合的中子探测器进行测量，到达中心热中子探测器的中子经过深度慢化，适用于能量较高的中子测量，并与中子增殖材料发生充分非弹性散射反应，因而适用中子能量更高；到达外围热中子探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统，包括中子探头、信号处理系统(2)和数据分析系统(3)，其特征在于，所述中子探头(1)包括中心热中子探测器(4)、内层慢化体(5)、中子倍增层(6)、外围热中子探测器(7)、反射层(8)、侧向热中子吸收体(9)、外层慢化体(10)、以及前向热中子吸收体(11)，其中，所述中心热中子探测器(4)、中子倍增层(6)、外围热中子探测器(7)和反射层(8)均嵌入在所述内层慢化体(5)中，其中，所述中心热中子探测器(4)采用位置灵敏型中子探测器，获取辐射场的能谱信息，所述数据分析系统(3)用于设置能量权重因子、对中心热中子探测器(4)的能量响应进行补偿。

【技术特征摘要】
1.一种重金属倍增的宽能中子源强测量系统，包括中子探头、信号处理系统(2)和数据分析系统(3)，其特征在于，所述中子探头(1)包括中心热中子探测器(4)、内层慢化体(5)、中子倍增层(6)、外围热中子探测器(7)、反射层(8)、侧向热中子吸收体(9)、外层慢化体(10)、以及前向热中子吸收体(11)，其中，所述中心热中子探测器(4)、中子倍增层(6)、外围热中子探测器(7)和反射层(8)均嵌入在所述内层慢化体(5)中，其中，所述中心热中子探测器(4)采用位置灵敏型中子探测器，获取辐射场的能谱信息，所述数据分析系统(3)用于设置能量权重因子、对中心热中子探测器(4)的能量响应进行补偿。2.根据权利要求1所述的重金属倍增的宽能中子源强测量系统，其特征在于，所述信号处理系统用于获取中心热中子探测器(4)各分区计数和外围热中子探测器(7)的多路信号平均值、并输出到数据分析系统。3.根据权利要求1或2所述的重金属倍增的宽能中子源强测量系统，其特征在于，响应补偿方法为：将所述中心热中子探测器(4)分为M个区域，每个区域i位于不同慢化深度，因而对不同能区响应不同，确定一个与中心热中子探测器(4)每个区域i在第j能段的能量响应Pi(Ej)与外围热中子探测器(7)的能量响应RO(Ej)相关的f(Ej)函数，使其满足以下关系：根据以上函数确定第j个能量段能量权重因子Wj，对中心热中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宜灿，刘超，李桃生，王志刚，李雅男，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34