一种用于中子激发伽马元素成像的检测装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于中子激发伽马元素成像的检测装置，包括：中子源、慢热体、编码板、传送带、伽马探测器、多道分析器及工业控制计算机连接，中子源用于发射中子入射到待测样品，编码板对伽马射线进行准直，传送带依次移动编码板得到多个不同的准直数据，伽马探测器对准直后的伽马射线进行测量，最终得到待测样品中核素的分布图像。本发明专利技术用于中子激发伽马元素成像的检测装置及方法，通过对编码板对样品激发的伽马射线进行准直测量，与传统的单一准直相比，利用编码板可以对伽马射线进行多孔准直测量，结合元素成像算法能够在保证空间分辨率的情况下，缩小测量时间，降低检测成本，同时减少样品被中子活化后对人员和环境带来的辐射危害。辐射危害。辐射危害。

【技术实现步骤摘要】
一种用于中子激发伽马元素成像的检测装置及测量方法


[0001]本专利技术属于样品核素含量检测
，具体涉及一种利用瞬发伽马射线中子活化分析对样品内部不同核素进行成像检测的方法及装置。

技术介绍

[0002]在工业领域中，样品材料因处于复杂的工作环境，其性能受到多种因素的影响，因此需要对这些材料的多项参数进行检测。其中，样品内部的不同核素分布情况是一项重要指标，其分布情况会直接影响到材料的适用性能。核素分布检测又称为核素成像，目前的核素成像技术通常将常规的核素检测技术与图像重建技术结合，从而实现对样品内不同核素分布进行检测。中子由于其呈电中性，因此在物质中的穿透能力较强，并且其质量吸收系数随核素质量数的变化不规则，因此在工业检测中是很好的探针。单独的中子成像技术虽然能够给出样品的结构信息，同时识别出材料中某处宏观中子截面的变化，但是无法对不同核素进行成像分析。
[0003]中子激发伽马活化分析技术，利用中子轰击被测物料的靶核，通过热中子俘获、非弹性散射等反应在极短的时间内（小于10
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s）放出特征伽马射线，通过识别特征伽马射线和测量特征伽马射线的强度即可定性和定量地识别大部分核素并分析其含量。由于其非破坏性、在线原位测量、分析精度高等特点，近年来被广泛应用于工业、环境、医药等各领域。现有技术中，专利CN108918565A《一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的样品元素分布测量装置及方法》和论文《PGAI瞬发伽玛射线活化成像技术理想化模型的模拟》中都有公开利用该技术对样品进行核素成像主要是通过扫描测量实现的，即对中子和伽马进行同时准直，从而缩小检测区域，之后移动样品从而实现不同位置的核素含量测量，给出核素成像结果。但是该方法的对每个测量点都需要足够长的测量时间，即使对一个小样品进行测量也需要很长的时间，因此存在延时性，同时长时间的测量也带来较高的成本以及辐射危害。
[0004]传统的PGAI技术只对一个准直测量点进行分析，若对激发的伽马射线利用编码板进行多孔束准直测量，则探测器获取的信号可以在更短的时间达到同样的统计性。现有技术中，专利CN114001707A《基于四目编码伽马相机对辐射热点进行深度测量的方法》和专利CN113759413A《一种双编码板结合的放射源定位系统及定位方法》都利用该技术结合阵列探测器可以用来进行放射源位置的确定，但是该方法由于阵列探测器的尺寸小，对伽马射线的探测效率很低，无法进行伽马射线能量的甄别从而判断核素成分。
[0005]因此，确有必要对上述现有技术存在的问题进行改进，以解决现有技术的不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术所需要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用于中子激发伽马核素成像的检测装置及测量方法，可以在保证空间分辨率的情况下，缩小测量时间，降低成本，减少辐射危害。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
一种用于中子激发伽马元素成像的检测装置，包括中子源，中子源发射中子束经过慢化体变为热中子，热中子与待测样品发生俘获反应并发射出特征伽马射线，特征伽马射线经过编码板进行准直，伽马探测器对准直后的伽马射线进行测量，伽马探测器与多道分析器及工业控制计算机连接，通过准直后的伽马射线的能量大小判断核素种类，准直后的伽马射线的强度判断核素含量，以此计算得到样品中核素分布图像，编码板置于传送带上，编码板为多个，编码板通过传送带进行依次移动并对特征伽马射线进行准直。
[0008]进一步的，慢化体为聚乙烯慢化体。
[0009]进一步的，编码板开孔率为50%，开孔方式为随机，单个编码孔的大小与待测样品划分的像素大小对应，开孔数量为待测样品划分的像素数量的一半。
[0010]进一步的，编码板的长度为5~10cm。
[0011]进一步的，编码板材料为铅、钨或者铁。
[0012]本专利技术还公开了上述中子激发伽马元素成像的检测装置的检测方法，包括以下步骤：S1，中子源发射中子束经过慢化体变为热中子；S2，热中子与待测样品内部的各个核素发生俘获辐射和非弹性散射反应，不同的核素发射不同能量的特征伽马射线；S3，特征伽马射线通过编码板进行准直形成准直后的伽马射线，特征伽马射线透过编码板中未开孔位置则无准直后的伽马射线射出，编码板通过传送带依次移动替换，每个编码板依次对特征伽马射线进行准直；S4，伽马探测器接收准直后的伽马射线并进行测量，通过与伽马探测器连接的多道分析器及工业控制计算机对伽马探测器接收的数据进行能谱分析，对不同的编码板图像依次分析并计算，最终得到核素分布图像结果。
[0013]进一步的，步骤S4中，核素分布图像获取的具体步骤为：编码板的个数为I个，每个编码板具有J个像素，对应的将待测样品分为J个像素，其中I大于等于J，对于某一个核素，其在待测样品中不同区域的含量为f
j
；通过编码板对特征伽马射线进行准直，对于某一核素，共得到I个准直后的伽马射线的计数，对于第i个编码板，伽马探测器测量得到的准直后的伽马射线计数N
i
，其与待测核素的计算公式如下：其中，为探测器对第i个编码板，第j个像素点的探测效率，c为常数，包括中子通量，反应截面以及测量时间，通过非负最小二乘法进行计算，从而得到待测核素在该样品中不同区域的含量值，通过最大似然期望最大化算法进行核素分布图像重建，对上述公式进行K次迭代，计算公式如下：其中为第次迭代后的含量值，为第次迭代后的含量值。
[0014]本专利技术有益效果在于：本专利技术用于中子激发伽马元素成像的检测装置及方法，通过对编码板对样品激发的伽马射线进行准直测量，与传统的单一准直相比，利用编码板可以对伽马射线进行多孔准直测量，结合元素成像算法能够在保证空间分辨率的情况下，缩小测量时间，降低检测成本，同时减少样品被中子活化后对人员和环境带来的辐射危害。
附图说明
[0015]图1是本专利技术用于中子激发伽马元素成像的检测装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例1中的待测样品不同物质的分布；图3是本专利技术实施例1中的部分编码板结构，图中白色部分表示该孔道未被堵住，黑色部分表示该孔道被堵住；图4是本专利技术实施例1中一个编码板的三维结构；图5 是本专利技术实施例1中一个编码板与本底的测量能谱；图6是本专利技术实施例1中两个编码板与本底在Cd元素0.558 MeV附近的能谱；图7是本专利技术实施例1中两个编码板与本底在Cl元素1.165 MeV附近的能谱；图8是本专利技术实施例1中Cl元素的成像结果；图9是本专利技术实施例1中Cd元素的成像结果；其中：1
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中子源、2
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慢化体、3
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待测样品、4
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编码板、5
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传送带、6
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伽马探测器、7
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热中子、8
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特征伽马射线、9
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准直后的伽马射线。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中子激发伽马元素成像的检测装置，其特征在于，包括中子源(1)，所述的中子源(1)发射中子束经过慢化体(2)变为热中子(7)，热中子(7)与待测样品(3)发生俘获反应并发射出特征伽马射线(8)，所述的特征伽马射线(8)经过编码板(4)进行准直，伽马探测器(6)对准直后的伽马射线(9)进行测量，所述的伽马探测器(6)与多道分析器及工业控制计算机连接，通过准直后的伽马射线(9)的能量大小判断核素种类，准直后的伽马射线(9)的强度判断核素含量，以此计算得到样品中核素分布图像，所述的编码板(4)置于传送带(5)上，所述的编码板(4)为多个，编码板(4)通过传送带(5)进行依次移动并对特征伽马射线(8)进行准直。2.根据权利要求1所述的用于中子激发伽马元素成像的检测装置，其特征在于，所述的慢化体(2)为聚乙烯慢化体。3.根据权利要求1所述的用于中子激发伽马元素成像的检测装置，其特征在于，所述的编码板(4)开孔率为50%，开孔方式为随机，单个编码孔的大小与待测样品(3)划分的像素大小对应，开孔数量为待测样品(3)划分的像素数量的一半。4.根据权利要求1所述的用于中子激发伽马元素成像的检测装置，其特征在于，所述的编码板(4)的长度为5~15cm。5.根据权利要求1所述的用于中子激发伽马元素成像的检测装置，其特征在于，所述的编码板(4)材料为铅、钨或者铁。6.如权利要求1所述的用于中子激发伽马元素成像的检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，中子源(1)发射中子束经过慢化体(2)变为热中子(7)；S2，热中子(7)与待测样品(3)内部的各个核素发生俘获辐射和非弹性散射反应，不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程璨，贾文宝，陈奕泽，赵冬，单卿，凌永生，史潮，张建东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：