一种快中子通量高信噪比监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种中子监测方法及系统，具体涉及一种快中子通量高信噪比监测方法及系统，解决快中子监测信号通常会存在能谱依赖、本底辐射干扰与快中子直照噪声干扰的影响，现有技术中快中子通量监测技术难以实现对不同能量中子平坦能量响应、有效去除本底干扰影响及难以实现快中子通量高信噪比监测的技术问题。该快中子通量高信噪比监测方法，能够实现快中子监测的高信噪比。本发明专利技术快中子通量高信噪比监测系统，包括裂变物质、快响应碳化硅探测器与波形甄别设备；裂变物质附着于快响应碳化硅探测器上，用于与快中子发生核裂变反应，产生裂变碎片；快响应碳化硅探测器与波形甄别设备连接，用于收集裂变碎片产生电信号，并输入波形甄别设备。甄别设备。甄别设备。

【技术实现步骤摘要】
一种快中子通量高信噪比监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种中子监测方法及系统，具体涉及一种快中子通量高信噪比监测方法及系统。

技术介绍

[0002]快中子的能量范围为0.1～20MeV，快中子通量的实时准确监测对研究核反应过程非常重要。
[0003]在混合脉冲辐射场诊断中，现有快中子通量的高信噪比监测存在两个难题：首先，快中子能量分布宽，不同能量的快中子通常在监测系统内会产生不同幅度的信号，但快中子通量只需要监测单位空间的快中子数目，所以快中子通量监测方法必须解决监测方法的快中子能谱的依赖问题；其次，快中子辐射环境中常常伴随着γ射线等本底干扰，导致快中子直接监测效率低，需转换为带电物质监测来实现，由于快中子监测信号通常会受到能谱依赖、本底辐射干扰、快中子直照噪声干扰的影响，使得快中子通量的高信噪比监测不易实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决快中子监测信号通常会存在能谱依赖、本底辐射干扰与快中子直照噪声干扰的影响，现有技术中快中子通量监测技术难以实现对不同能量中子平坦能量响应、有效去除本底干扰影响及难以实现快中子通量高信噪比监测的技术问题，而提供一种快中子通量高信噪比监测方法及系统，实现快中子调理监测的高信噪比。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种快中子通量高信噪比监测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]1)利用快中子与裂变物质发生核裂变反应，释放裂变碎片；
[0008]2)裂变碎片进入快响应碳化硅探测器并产生模拟电信号；快响应碳化硅探测器的响应时间半宽为0.1～20ns；
[0009]3)将步骤2)中所得的模拟电信号输入波形甄别设备，进行波形甄别；
[0010]3.1)利用波形甄别设备将快响应碳化硅探测器输出的模拟电信号转换为数字电信号；
[0011]3.2)对数字电信号的波形进行插值，并提取插值后数字电信号的本底噪声；
[0012]3.3)利用波形甄别设备减去步骤3.2)中插值后的数字电信号本底噪声，获得去底噪波形数据；
[0013]3.4)对步骤3.3)所得的去底噪波形数据进行数据处理，获得至少两种时域和/或频域的波形甄别参数；
[0014]3.5)使用至少两种时域和/或频域的波形甄别参数，进行波形统计并甄别射线信息，实现快中子通量监测。
[0015]进一步地，步骤3.2)中所述插值具体为：
[0016]通过sinc插值或线性插值的方法，插入N
‑
1个数字插值点，N为大于等于1的整数。
[0017]进一步地，步骤3.4)具体为：
[0018]3.4.1)对去底噪波形数据进行寻峰，获取两种时域波形甄别参数；所述时域波形甄别参数包括波形半高宽与波形2/3高宽；
[0019]3.4.2)对去底噪波形数据进行傅里叶变换或者小波变换，获取两种频域波形甄别参数；所述频域波形甄别参数包括频率梯度与频率分量功率；
[0020]步骤3.4.1)与步骤3.4.2)按任意顺序执行或同时执行。
[0021]进一步地，步骤3.5)中所述使用至少两种波形甄别参数具体为：
[0022]采用时域波形甄别参数或者频域波形甄别参数或者时域波形甄别参数与频域波形甄别参数组合使用。
[0023]进一步地，步骤1)中，裂变物质具体为：
[0024]当裂变物质为
238
U时，快中子的裂变阈能大于等于1.5MeV；
[0025]当裂变物质为
237
Np时，快中子的裂变阈能大于等于0.4MeV；
[0026]裂变物质的厚度小于等于3mg
·
cm
‑2；
[0027]裂变碎片为α射线与γ射线。
[0028]同时，本专利技术还提供了一种快中子通量高信噪比监测系统，用于实现上述的快中子通量监测方法，其特殊之处在于：包括裂变物质、快响应碳化硅探测器与波形甄别设备；
[0029]裂变物质附着于所述快响应碳化硅探测器上，用于与快中子发生核裂变反应，产生裂变碎片；所述快响应碳化硅探测器的响应时间半宽为0～20ns；
[0030]快响应碳化硅探测器与波形甄别设备连接，用于收集裂变碎片并产生电信号，波形甄别设备用于根据输入的模拟电信号进行波形甄别。
[0031]进一步地，所述波形甄别设备包括依次连接的可调增益放大器、步进可调衰减器、高速模拟数字转换器与现场可编程门阵列；
[0032]可调增益放大器的输入端与快响应碳化硅探测器连接；
[0033]现场可编程门阵列用于波形甄别，并与外部存储设备连接。
[0034]进一步地，还包括与的现场可编程门阵列连接的上位机。
[0035]进一步地，所述裂变物质为
238
U或者
237
Np，裂变物质的厚度小于等于3mg
·
cm
‑2；
[0036]快响应碳化硅探测器为结型半导体探测器，其死层厚度为0.05～2μm；
[0037]波形甄别设备的采样率大于等于2GS/s，垂直分辨率大于等于12bit，模拟带宽大于等于500MHz，记录长度大于等于100k点，记录时间大于等于50μs。
[0038]进一步地，所述快响应碳化硅探测器为肖特基型或PIN型探测器。
[0039]与现有技术相比本专利技术技术方案的有益效果是：
[0040](1)本专利技术方法可实现快中子通量的高信噪比监测。其中裂变碎片的平均动能为60MeV和90MeV左右，比核材料自发裂变的次级α射线(几MeV)和伴随γ射线(小于1MeV)高很多，利于本专利技术方法实现高信噪比；本专利技术的波形甄别设备基于波形甄别(Pulse Shape Discrimination，PSD)技术，利用裂变碎片的时间特征，与核裂变反应产生α射线与γ射线的时间特征不同(快响应碳化硅探测器对裂变碎片的响应时间慢于对Si核和C核的(n,p)、(n,α)、(n,3α)等反应产物的响应时间，后者是影响快中子通量监测结果的噪声，选择PSD技术可剔除后者的干扰)，实现对后者相关噪声的进一步剔除，获得极高的快中子通量监测信
噪比。
[0041](2)本专利技术方法中裂变碎片和γ射线在快响应碳化硅探测器内产生电离的密度不同，进而导致快响应碳化硅探测器对裂变碎片和γ射线的时间响应特征不同，前者时间响应慢、后者时间响应快。这是基于PSD技术实现快中子和γ信号甄别的原理。利用PSD技术可以有效排除γ射线的干扰，目前n(快中子)/γ混合场中，PSD技术向数字式的方向发展，即采用高速波形甄别设备记录快响应碳化硅探测器输出的电流脉冲(模拟电信号)，并利用PSD技术进行n/γ分辨测量，能够获得更高的计数率和更优的甄别效果。
[0042](3)本专利技术方法采用时域波形甄别参数或者频域波形甄别参数或者时域波形甄别参数与频域波形甄别参数组合使用。对去底噪波形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快中子通量高信噪比监测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用快中子与裂变物质发生核裂变反应，释放裂变碎片；2)裂变碎片进入快响应碳化硅探测器并产生模拟电信号；所述快响应碳化硅探测器的响应时间半宽为0.1～20ns；3)将步骤2)中所得的模拟电信号输入波形甄别设备，进行波形甄别；3.1)利用波形甄别设备将快响应碳化硅探测器输出的模拟电信号转换为数字电信号；3.2)对数字电信号的波形进行插值，并提取插值后数字电信号的本底噪声；3.3)利用波形甄别设备减去步骤3.2)中插值后的数字电信号本底噪声，获得去底噪波形数据；3.4)对步骤3.3)所得的去底噪波形数据进行数据处理，获得至少两种时域和/或频域的波形甄别参数；3.5)使用至少两种时域和/或频域的波形甄别参数，进行波形统计并甄别射线信息，实现快中子通量监测。2.根据权利要求1所述的一种快中子通量高信噪比监测方法，其特征在于，步骤3.2)中所述插值具体为：通过sinc插值或线性插值的方法，插入N
‑
1个数字插值点，N为大于等于1的整数。3.根据权利要求2所述的一种快中子通量高信噪比监测方法，其特征在于，步骤3.4)具体为：3.4.1)对去底噪波形数据进行寻峰，获取两种时域波形甄别参数；所述时域波形甄别参数包括波形半高宽与波形2/3高宽；3.4.2)对去底噪波形数据进行傅里叶变换或者小波变换，获取两种频域波形甄别参数；所述频域波形甄别参数包括频率梯度与频率分量功率；所述步骤3.4.1)与步骤3.4.2)按任意顺序执行或同时执行。4.根据权利要求3所述的一种快中子通量高信噪比监测方法，其特征在于，步骤3.5)中所述使用至少两种波形甄别参数具体为：采用时域波形甄别参数或者频域波形甄别参数或者时域波形甄别参数与频域波形甄别参数组合使用。5.根据权利要求3所述的一种快中子通量高信噪比监测方法，其特征在于，步骤1)中，所述裂变物质具体为：当所述裂变物质为
238
U时，所述快中子的裂变阈能大于等于1.5MeV；当所述裂变物质为
237
Np时，所述快...

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