一种基于MOF的热中子或快中子探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种中子探测方法及装置，具体涉及一种基于MOF的热中子或快中子探测方法及装置，解决现有使用载

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOF的热中子或快中子探测方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种中子探测方法及装置，具体涉及一种基于MOF的热中子或快中子探测方法及装置。

技术介绍

[0002]热中子，通常指动能约为0.025电子伏特(速度约2.2千米/秒)的自由中子。这个速度也是对应于290K(17℃)时麦克斯韦
‑
玻尔兹曼分布下的最可能速度。热中子多见于以普通水(轻水)为冷却减速剂的反应堆中。
[0003]157
Gd的热中子作用截面很高，可达242000
±
4000Barn，是热中子探测理想的转换材料之一。热中子与
157
Gd的核反应式如下：
[0004]157
Gd+n
→
158
Gd+γ(7.94MeV)
[0005]传统载
157
Gd无机闪烁体和载
157
Gd塑料闪烁体都可用于热中子探测，但存在如下问题：
[0006]载
157
Gd无机闪烁体存在衰减时间慢的问题，其衰减时间一般为几十纳秒至几微秒，不满足快脉冲及高热中子通量探测应用的实际需求。传统的含Gd无机中子闪烁体的衰减时间，参见下表：
[0007][0008]载
157
Gd的塑料闪烁体，存在如下缺点：(1)载
157
Gd的塑料闪烁体中，
157
Gd和有效发光分子为物理混合结构，且
157
Gd和有效发光分子之间距离较大，该距离可达微米级，导致载
157
Gd塑料闪烁体的能量传递速度慢、效率低。(2)载
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Gd的塑料闪烁体的等效原子序数低，
157
Gd(n,γ)反应释放的次级伽马射线的探测效率低，导致载
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Gd塑料闪烁体的探测装置对热中子的灵敏度低。
[0009]快中子能谱(0.1
‑
20MeV)的测量在核反应过程研究中占有极其重要的地位。目前，最常用的中子能谱测量方法是反冲质子磁分析法和中子飞行时间法，反冲质子磁分析法的系统庞大，适用于高中子产额下的诊断；中子飞行时间法要求探测系统有超快的时间响应特性。
[0010]基于含氢塑料闪烁体和有机单晶闪烁体(芪晶体)等快响应的闪烁探测方法是目前利用飞行时间法实现中子能谱探测的重要方法之一。该方法中，中子主要与氢核发生核反冲作用，产生次级质子，不同能量的中子反冲后产生次级质子的能量和角度分布不同。由于塑料闪烁体和有机闪烁体对带电粒子存在显著的能量响应非线性特征，即高能和低能带电粒子在损失同样能量时、发出的光子数目差异很大，这就导致目前的闪烁体探测方法难以通过获得的脉冲中子信号准确反推出脉冲中子的强度信息，进而难以获得不同能量脉冲
中子成分的准确分布，即难以准确获得的中子能谱信息。发展快响应对不同能量中子响应线性的探测方法及探测技术，是脉冲中子能谱探测技术研究的难点，也是国际中子探测领域研究的热点问题。
[0011]目前现有技术中，将有机框架闪烁体用于X射线探测和成像中，在超快X射线探测中实现了超快时间响应特征(百皮秒的超快时间分辨能力)，并未见将其应用于热中子和快中子探测的公开报道。研究发现，基于载
157
Gd的金属有机框架闪烁体的闪烁探测技术有望解决现有热中子通量探测技术存在的响应慢、灵敏度低的问题，基于载
238
U或
237
Np金属有机框架闪烁体的闪烁探测技术有望成为高精度的快中子能谱探测的新技术。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是解决现有使用载
157
Gd无机闪烁体和载
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Gd塑料闪烁体的热中子探测装置存在的响应时间慢、热中子灵敏度低，难以满足热中子探测实际需求及目前快响应的闪烁探测方法难以准确获得中子能谱的技术问题，而提供一种基于MOF的热中子或快中子探测方法及装置，实现热中子探测的快时间响应和高灵敏度，解决不同通量下热中子通量探测的问题，并实现高精度的快中子能谱测量。
[0013]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0014]一种基于MOF的热中子探测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0015]S1)在金属有机框架闪烁体(1)的孔隙中填入含
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Gd的裂变物质；
[0016]S2)使热中子与含
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Gd的裂变物质发生核反应，释放伽马射线；
[0017]S3)步骤S2中获得的伽马射线与金属有机框架闪烁体中高原子序数的原子发生光电效应/康普顿效应/电子对效应，产生次级高能电子；
[0018]S4)使次级高能电子与金属有机框架闪烁体中的电子碰撞，产生导带电子；
[0019]S5)导带电子和价带空穴发生辐射复合，发射荧光；
[0020]S6)利用光电转换器件收集荧光，并将荧光转换为电信号；
[0021]S7)使用记录器件记录S6中的电信号，获得热中子的信息。
[0022]进一步地，S1中，含
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Gd的裂变物质为含高纯
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Gd或天然丰度Gd的闪烁体。
[0023]进一步地，S3中，高原子序数的原子为金属原子；
[0024]S7中，所述记录器件的选择方式为：
[0025]当热中子为稳态热中子束流且热中子通量大于106cm
‑2·
s
‑1时，记录器件选择电流表记录电流信号；当热中子为稳态热中子束流且热中子通量小于等于106cm
‑2·
s
‑1时，记录器件选择幅度分析器；
[0026]或者，热中子为高通量脉冲束流时，记录器件选择示波器，记录大量热中子的脉冲电流信号。
[0027]一种基于MOF的热中子探测装置，用于实现权利上述热中子探测方法，其特殊之处在于：包括金属有机框架闪烁体、光电转换器件及记录器件；
[0028]金属有机框架闪烁体为含
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Gd的裂变物质，用于与热中子发生核反应；
[0029]光电转换器件设置于金属有机框架闪烁体的发光光路上，用于接收金属有机框架闪烁体的荧光，并与记录器件连接。
[0030]进一步地，还包括基体；
[0031]基质为液体基质，金属有机框架闪烁体分散在液体基质中；
[0032]或者，基质为固体高透光基质，金属有机框架闪烁体分散在固体高透光基质中，或附着在固体高透光基质的基底上；
[0033]金属有机框架闪烁体为含
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Gd的高纯闪烁体或天然丰度Gd的闪烁体。
[0034]进一步地，所述金属有机框架闪烁体与光电转换器件之间相贴合；
[0035]金属有机框架闪烁体为含
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Gd的高纯闪烁体或天然丰度Gd的闪烁体；
[0036]记录器件为电流表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MOF的热中子探测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)在金属有机框架闪烁体(1)的孔隙中填入含
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Gd的裂变物质；S2)使热中子与含
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Gd的裂变物质发生核反应，释放伽马射线；S3)步骤S2中获得的伽马射线与金属有机框架闪烁体(1)中高原子序数的原子发生光电效应/康普顿效应/电子对效应，产生次级高能电子；S4)使次级高能电子与金属有机框架闪烁体(1)中的电子碰撞，产生导带电子；S5)导带电子和价带空穴发生辐射复合，发射荧光；S6)利用光电转换器件(2)收集荧光，并将荧光转换为电信号；S7)使用记录器件(4)记录S6中的电信号，获得热中子的信息。2.根据权利要求1所述的一种热中子探测方法，其特征在于：S1中，所述含
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Gd的裂变物质为含高纯
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Gd或天然丰度Gd的闪烁体。3.根据权利要求2所述的一种热中子探测方法，其特征在于：S3中，所述高原子序数的原子为金属原子；S7中，所述记录器件(4)的选择方式为：当热中子为稳态热中子束流且热中子通量大于106cm
‑2·
s
‑1时，记录器件(4)选择电流表记录电流信号；当热中子为稳态热中子束流且热中子通量小于等于106cm
‑2·
s
‑1时，记录器件(4)选择幅度分析器；或者，热中子为高通量脉冲束流时，记录器件(4)选择示波器，记录大量热中子的脉冲电流信号。4.一种基于MOF的热中子探测装置，用于实现权利要求1
‑
3任一所述的热中子探测方法，其特征在于：包括金属有机框架闪烁体(1)、光电转换器件(2)及记录器件(4)；所述金属有机框架闪烁体(1)为含
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Gd的裂变物质，用于与热中子发生核反应；所述光电转换器件(2)设置于金属有机框架闪烁体(1)的发光光路上，用于接收金属有机框架闪烁体(1)的荧光，并与记录器件(4)连接。5.根据权利要求4所述的一种热中子探测装置，其特征在于：还包括基体；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘林月，欧阳晓平，万鹏颖，阮金陆，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：