使用脉冲模式离子室检测高能辐射的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量高能辐射通量的方法，包括：向离子室中的电极施加正电压，其中离子室中充满能够由高能辐射形成带电荷离子的气体；测量与正电压引起的离子电流相关的正离子电流信号；向电极施加负电压；测量与负电压引起的离子电流相关的负离子电流信号；和根据离子电流信号，确定高能辐射通量的大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及高能辐射监视和检测，尤其涉及用于检测高能辐射的离子室。
技术介绍
高能和电离辐射的检测器被用于各种应用场合。例如，这些检测器包括离子室，比例计数器，Geiger-Mueller(盖革-弥勒)计数器，和闪烁计数器。在它们之中，离子室通常用在中子检测器中。附图说明图1显示了用于中子检测的基本系统，其包括靶室13、离子室14、和电子设备。中子源11产生快中子12。这些快中子12与靶室13中的氢原子核相互作用，直到它们的速度减小到靶的平均热速度。然后热(慢)中子从靶13散射到离子室14。在常用的中子检测器中，离子室14中充满了气体(例如He-3)，该气体可以与热中子相互作用，以产生离子。当He-3原子吸收(俘获)热中子时，发生核反应并且反应产物是高速氚(H-3)原子和质子。这些高速粒子穿过气体，并将电子引入它们的尾流，从而产生等数量的正离子和负离子。当在离子室14中的电极15，16之间施加电势时，离子被移动到相反电荷的电极，并产生电流，该电流与转移的离子数量成正比。转移到电极的离子数量取决于它们的形成速度，进而取决于中子通量。因此，由离子室测量的离子电流可以用于推导出中子通量的大小。然而，在这些过程中产生的离子电流极小(数量级为10-12安培)，因此难以准确地确定中子通量。另外，在各种电子部件、电缆等中温度和湿度的变化能够进一步损害测量的精度。在野外条件下，这种情况甚至更糟，其中野外条件通常包括温度和湿度的大幅度变化。而且，泄漏电流的不稳定性也能够明显降低重复测量的精度。泄漏电流是通过检测器系统的电流，它与通过离子室14的离子转移无关。泄漏电流可以是由于电缆、接线、部件中的寄生电流、放大器电路或其它部件的湿气沾污或许多其它因素所引起的。因此，泄漏电流取决于温度、湿度、部件的年代和许多其它因素的高度复杂函数。因为离子室中的离子电流的数量级为10-12安培或更小，所以泄漏电流能够在总测量电流中占有重要部分，并且泄漏电流的任何变化能够明显地影响测量的精度。尽管现有技术的离子室能够提供满意的测量，但是仍然需要一种离子室，该离子室能够提供更可靠和精确的高能辐射测量。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及用于测量高能辐射通量的方法，其包括向离子室中的电极施加正电压，其中所述离子室中充满了能够通过高能辐射来形成带电荷离子的气体；测量与正电压所引起的离子电流相关的正离子电流信号；向电极施加负电压；测量与负电压所引起的离子电流相关的负离子电流信号；和根据离子电流信号，确定高能辐射通量的大小。本专利技术的另一方面涉及一种用于测量高能辐射通量的系统，其包括具有可电离材料的离子室，其中所述可电离材料能够被高能辐射通量电离，设置在离子室中的两个电极，和连接所述两个电极的电路，其中该电路构造成向所述两个电极提供交变极性驱动电压并测量这两个电极之间的电流。通过以下的描述和附加的权利要求中，本专利技术的其它方面和优点将变得显而易见。附图的简要说明图1显示了传统的中子检测系统；图2显示了描述离子电流和施加到离子室的电压之间的关系的曲线图；图3A显示了用于连续模式操作的现有技术的电路；图3B显示了根据本专利技术一个实施例的用于脉冲模式操作的电路；图4显示了根据本专利技术一个实施例的在脉冲模式操作中作为时间函数的电压曲线；图5显示了根据本专利技术实施例的用于检测高能辐射的几种方法的流程图；图6显示了根据本专利技术一个实施例在脉冲模式操作中作为时间函数的电压曲线；以及图7显示了根据本专利技术实施例的用于检测高能辐射的几种方法的流程图。具体实施例方式本专利技术的实施例涉及用于测量高能辐射的离子室。这里所用的“高能辐射”表示中子、X射线、伽马射线、α粒子和β粒子。为了便于清楚地描述，下面的描述使用用于中子检测的离子室作为例子；然而，本专利技术的实施例并非局限于此。根据本专利技术的实施例的用于中子计数的离子室以脉冲模式进行操作，这与传统的连续模式不同。图1显示了用于中子检测的传统检测系统10。如图所示，中子源11产生快中子12，其中快中子12的一部分将散射到靶室13中，该靶室13中可以充满了含氢材料。“含氢材料”表示具有氢原子核的材料。中子源11不是检测系统10的一部分。快中子12与靶室13中的氢原子核碰撞。其质量接近于中子质量的氢原子核非常有效地减慢了快中子。作为与氢原子核相互作用的结果，快中子失去动能而成为较慢(热)中子。热中子被散射到离子室14中。离子室14中通常充满具有原子核的气体，所述原子核能够俘获热中子，并且在俘获中子后经历核反应。这类原子核包括硼(B-10，例如，BF3)、锂(Li-6)、氦(He-3)、铀233、铀235、和钚239。在它们当中，He-3气体的优点在于其具有较大的热中子横截面(5330靶恩)，因此它通常用于离子室中。下面的描述使用He-3作为例子。然而，本领域的普通技术人员应当理解本专利技术的实施例并非局限于此。实际上，本专利技术的实施例可以使用能够离子转移的任何气体或其它介质，它们在有关的高能辐射下能够产生离子。例如，本专利技术的一些实施例可以包括不形成气体化合物的易裂变同位素。在这种情况下，离子室14可以包括流体，该流体包括这类易裂变材料。应当注意流体包括气体和液体。如图1所示，常用的离子室14包括两个电极15、16，其中这两个电极15、16包括一对平行板或任何其它适宜的几何形状。电子模块17在电极15、16之间施加电势。尽管图中示出了盒状离子室，但是本领域的普通技术人员应当理解可以使用各种结构的离子室。例如，离子室可以是圆柱体，其中一个电极设置在该圆柱体的内表面，另一电极设置在该圆柱体的轴线(中心)。离子室14中的He-3气体通常起到绝缘体的作用，因此在这两个电极15、16之间无电流(除了少量的泄漏电流)可被电子模块17检测。当He-3原子吸收(俘获)热中子时，发生下述的核反应 该核反应产生氚(H-3)原子和质子。He-3和H-3分别是氦和氢的同位素。该反应也释放大约764keV(即，Q值＝764keV)的能量，因此，产生的氚和质子带有高的动能。氚和质子以高速穿过气体，并将电子引入它们的尾流，从而产生等数量的正负离子。正负离子在气体中起到电荷载体的作用，而气体是绝缘体。如果在电极15、16之间施加电势，正负离子将移动到具有相反电荷的电极15、16。该离子转移产生离子电流，其中可以通过电子模块17测量该离子电流。这些离子电流的大小与转移到电极的离子数量成正比(这些离子然后在电极处中和)。离子转移的数量反过来又与热中子通量成正比。因此，由电子模块17测量的离子电流能够用于推导出通过离子室14的热中子通量的大小。在离子室中所产生的正负离子也可以再结合以形成中性物质。该再结合与离子转移到电极竞争，因此减小了离子电流的可测量大小。当没有在离子室两端之间施加电势时，就不会有离子转移，以及正负离子将最终再结合。当在电极15、16之间施加电势时，正负离子被引向相反方向，减小了再结合的可能性。如果施加到电极15、16之间的电势小，那么正负离子缓慢地移动到电极，导致更多的再结合。如果施加到电极15，16之间的电势大，则正负离子快速地移动到电极，导致更少的再结合。因此，施加到离子室的电势对可测量离子电流的大小产生直接的影响。图2显示了测量的离子电流(I)作为离子室中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量高能辐射通量的方法，包括：向离子室中的电极施加正电压，其中，所述离子室中充满能够由高能辐射形成带电荷离子的气体；测量与所述正电压引起的离子电流相关的正离子电流信号；向所述电极施加负电压；测量与所述负电 压引起的离子电流相关的负离子电流信号；和根据所述离子电流信号，确定高能辐射通量的大小。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大约瑟夫埃辛，迈克尔马斯捷罗夫，
申请(专利权)人：热电集团，
类型：发明
国别省市：US[美国]