一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法技术

本发明专利技术提供一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，方法包括：(1)将组合编码板作为相机屏蔽箱的一个端面，在相机屏蔽箱内沿组合编码板一端依次放置具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器和位置灵敏吸收中子探测器；(2)记录组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离D1，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第一成像；(3)调节组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离为D2，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第二成像，计算得到待测中子源到组合编码板的距离L。本发明专利技术提供的方法能同时探测热中子和快中子并根据探测不同粒子的产生信号衰减时间不同分辨源项种类且能快速定位。

A method of locating the position of the neutron source in the unknown energy spectrum neutron radiation field

【技术实现步骤摘要】
一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法
本专利技术属于辐射测量
，具体涉及一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法。
技术介绍
911事件爆发之后、世界各国投入大量人力物力进行反恐。其中大规模杀伤性武器(铀弹、钚弹、贫铀弹等)更是需要严格管控，而从源头上防止核材料扩散，国际社会采用的重要做法就是控制核材料非法走私。对于核弹头的统计、核武器管控及防止偷运特殊核材料的，这些均离不开中子相机技术。核应急响应中也需要宽能谱中子相机的支援。核事故应急场所的放射源项复杂，除了伽马源项外，往往可能还有中子源项，单纯的探测伽马源项和监测伽马剂量不能很好的反映辐射场实际情况。况且，核应急场所中子源项的信息未知，可能是快中子源项也可能是热中子源项，也可能是被含H材料所包裹的快中子源项。准确的定位和分辨源项种类、强度、几何结构和其屏蔽材料及厚度对辐射防护安全要求及应急响应方案的制定至关重要。传统的3He或BF3气体探测器有计数功能，却无法对中子源进行定位。对于核材料放出的裂变中子，目前常有三种探测方式：(1)快中子散射相机。(2)基于快中子径迹探测的时间投影室方法(TPC)(3)快中子编码孔相机。然而，尚无同时探测热中子和快中子的中子相机，而在未知辐射场中中子源的能谱及位置未知，中子源可能被高含H材料包裹，故而，需要能用于未知能谱中子辐射场中子源定位的中子相机。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，能同时探测热中子和快中子，可用于分辨源项种类，且能快速定位中子源位置。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，所述方法包括：(1)将组合编码板作为相机屏蔽箱的一个端面，在相机屏蔽箱内沿组合编码板一端依次放置具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器和位置灵敏吸收中子探测器；(2)记录组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离D1，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第一成像；(3)调节组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离为D2，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第二成像，根据相关关系计算得到待测中子源到组合编码板的距离L。进一步的，步骤(3)中若第二成像与第一成像的放大比为M0，则待测中子源到组合编码版的距离L的计算公式为：L＝(M0D2-D1)/(1-M0)。进一步的，所述具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器包括掺6Li或10B的有机闪烁体或者在前端面涂有6Li或10B荧光粉的有机闪烁体、光导、光电倍增管和电子学系统。进一步的，所述组合编码板由高密度聚乙烯编码板和镉编码板的贴合而成，两编码板编码孔编码方式相同，开孔大小相同。进一步的，所述相机屏蔽箱采用聚乙烯材料，内衬镉板。本专利技术的效果在于，通过本专利技术的一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，能同时探测热中子和快中子，可用于分辨源项种类，且能快速定位中子源位置。附图说明图1为编码孔宽能谱中子相机方案一结构示意图；图2为编码孔宽能谱中子相机方案二结构示意图；图3为闪烁光信号随时间的衰减规律示意图；图4为宽能谱中子相机编码板组合方式结构示意图；图5为中子源距离定位原理示意图；图6为编码孔成像解码方法示意图。图中：101-第一编码版；102-掺6Li的有机闪烁体；103-第一光导；104-第一光电倍增管；201-第二编码版；202-有机闪烁体；203-第二光导；204-第二光电倍增管；205-涂有6Li荧光粉。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。在定位未知能谱中子辐射场中子源位置时，主要考虑两个问题：对热中子和快中子的探测问题和成像定位问题。本专利技术所提供的方法中，基于编码孔成像技术设计具有对热中子、快中子有屏蔽能力的组合编码板，并采用具有快中子、热中子、伽马甄别能力的位置灵敏探测器探测辐射粒子，然后利用编码板的编码矩阵与位置灵敏探测器成像之间的相关关系解码得到辐射热点位置。针对热中子和快中子的探测问题，采用本专利技术所述步骤(1)：将组合编码板作为相机屏蔽箱的一个端面，在相机屏蔽箱内沿组合编码板一端依次放置具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器和位置灵敏吸收中子探测器。即要实现基于编码孔的宽能谱中子相机，编码孔后的位置灵敏探测器要求能同时探测热中子和快中子。具体的，具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器由掺6Li或10B的有机闪烁体或者在前端面涂有6Li或10B荧光粉的有机闪烁体、光导、光电倍增管和电子学系统构成。在一个具体的实施例中，如图1所示，具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器包括掺6Li的有机闪烁体102、第一光导103、第一光电倍增管104和第一电子学系统。热中子或快中子通过第一编码版101中的编码孔后在闪烁体102中发生作用，热中子与6Li发生反应6Li(n,α)3H；快中子在闪烁体中发生散射产生反冲质子；α粒子及反冲质子在闪烁体中沉积能量产生荧光，光沿着光导传播最终被第一光电倍增管104(PMT)或硅光电倍增管(SiPM)所收集。后端电子学系统根据脉冲形状甄别(PSD)技术可以分辨热中子和快中子信号，从而对热中子和快中子分别成像。在另一个具体的实施例中，如图2所示，具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器包括前端面涂有6Li荧光粉205的有机闪烁体202、第二光导203、第二光电倍增管204和电子学系统。在闪烁体202前涂含6Li的荧光粉205(如6LiF)利用热中子与6Li反应产生α粒子，通过探测α粒子来间接探测热中子；α粒子、快中子和伽马射线在闪烁体中的光信号随时间的衰减规律如图3，伽马射线产生的光信号衰减速度最快，α粒子产生的信号衰减速度最慢，快中子产生的光信号衰减速度介于两者之间。在中子相机上的编码板是用于对中子的屏蔽，而对快中子的屏蔽通常采用的有石蜡、聚乙烯，对热中子的屏蔽通常采用的是镉；宽能谱编码孔中子相机的编码板需要根据要求同时屏蔽热中子和快中子。由于聚乙烯的可加工性及塑形性好，而且不容易受热熔化，故而聚乙烯广泛用于编码孔快中子相机编码板材料；对于编码孔热中子相机目前只见采用镉为编码板材料。对于宽能谱编码孔中子相机的编码板材料，拟采用Cd(镉)与HDPE(高密度聚乙烯)组合方式。参阅图4，图4为宽能谱中子相机编码板组合方式结构示意图。本专利技术所述的方法中，编码板组合方式有如图4两种方式，Cd板位于HDPE前和Cd板位于HDPE板后；考虑聚乙烯的散射作用，两种组合方式对热中子及快中子的屏蔽效果不同。更为优选的，编码板组合方式为两编码板编码孔编码方式相同，开孔大小相同，镉编码板紧贴合于高密度聚乙烯编码板后。优选的，相机屏蔽箱采用聚乙烯材料，内衬镉板。参阅图5，图5为中子源距离定位原理示意图。对中子源的成像定位问题，本专利技术中采用成像质量来判断中子源的位置。其原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，其特征在于，所述方法包括:(1)将组合编码板作为相机屏蔽箱的一个端面，在相机屏蔽箱内沿组合编码板一端依次放置具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器和位置灵敏吸收中子探测器；(2)记录组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离D1，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第一成像；(3)调节组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离为D2，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第二成像，根据相关关系计算得到待测中子源到组合编码板的距离L。

【技术特征摘要】
1.一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，其特征在于，所述方法包括:(1)将组合编码板作为相机屏蔽箱的一个端面，在相机屏蔽箱内沿组合编码板一端依次放置具有热中子、快中子及伽马甄别能力的位置灵敏中子探测器和位置灵敏吸收中子探测器；(2)记录组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离D1，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第一成像；(3)调节组合编码板到位置灵敏中子探测器的距离为D2，让待测中子源透过组合编码板被位置灵敏中子探测器探测获得第二成像，根据相关关系计算得到待测中子源到组合编码板的距离L。2.根据权利要求1所述的一种定位未知能谱中子辐射场中子源位置的方法，其特征在于，步骤(3)中若第二成像与第一成像的放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：李会，李德源，张小东，
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