【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及辐射探测领域，尤其是中子和伽马射线的并行探测。
技术介绍
1、从自发裂变或诱发裂变射出的中子为特殊核材料(snm)的存在提供了强有力的证实。snm的探测对于国土安全应用是特别感兴趣的——门户监视器、手持式仪器、背包监视器等。此外，对于核(电力)系统和粒子加速器的监测以及对于地球物理钻孔考察，中子和伽马射线的同时探测是特别令人感兴趣的。
2、因此，仅通过一种探测器而不是两种类型的探测器对(慢)中子和伽马射线的有效同时探测将是对snm探测的主要优势——而不仅是在国土安全应用的背景下。
3、中子是携带质量和磁矩的中性粒子。由于其性质，中子与物质的相互作用(不考虑其磁矩)被束缚于与核的相互作用，并因此对于大多数材料而言出现的概率较低。
4、自由中子的(动力学)能量跨越许多数量级的范围。在自发或诱发裂变反应中射出的大部分中子具有高达10mev的能量，被归类为三种中子能量状态：慢中子(＜1kev)、中间中子(1kev至0.5mev)和快中子(0.5mev至10mev)。
5、中子与物质的相互作用(作为中子俘获或中子散射)强烈地取决于中子能。慢中子尤其是热中子(即，其动能分布对应于室温下玻尔兹曼分布的中子)比快中子更可能被俘获。中子截面限定中子和核之间相互作用的可能性。
6、大多数常规中子探测方法是基于3he(n,p)3h、6li(n,α)3h或10b(n,α)7li反应。这些反应射出电离粒子，这些电离粒子易于探测并且与伽马射线可良好地区分。此外，3he、6li和10b
7、射出的带电粒子生成短但致密的离子化轨迹，其在固体中具有几微米的范围，且在适当压力的气体中具有高达几毫米的范围。因此，中子俘获组分必须是探测介质(例如，在3he和bf3管中，包括6li的闪烁体)的一种成分，或者其必须被提供为与探测器介质(例如，在10b涂覆的比例计数器中)紧密接触的薄层。中子俘获组分应当由同位素分离的核素组成，以避免参与降低探测效率的中子俘获反应。因此，对应的探测器常常是昂贵的。此外，由于严重短缺，3he近年来已经变得非常昂贵。
8、先前，已经研发了用于中子和伽马射线的并行探测的、包含天然li或同位素富集或分离的6li的闪烁体晶体，其中包括clyc(glodo等人，ieee trans.nucl.sci.55(2008)1206)，cllb(shirwadkar等人，nucl.instr.meth.in phys.res.a 652(2011)268)或nail(yang等人，ieee tns 64(2017)2406)。这些高级闪烁体材料允许通过分析探测器信号的脉冲形状来区分中子和伽马射线相互作用。中子相互作用产生氚核和阿尔法粒子，而伽马射线相互作用产生光电子、康普顿电子或正负电子对。因此，使用这种闪烁体晶体可以构建为中子探测提供合理效率以及为伽马射线探测器提供良好光谱性能的闪烁探测器。然而，这些闪烁体晶体更加复杂并因此昂贵，使得对应探测器的价格超过相同尺寸的普通nai(tl)探测器的价格至少2至5倍。因此，这样的探测器甚至可能变得比普通的nai(tl)伽马探测器和单独的中子探测器(例如，3he管)的组合更加昂贵。
9、无论如何，在利用伽马射线探测器的应用中用于中子探测的替代且更便宜的解决方案是基于与伽马射线的后续发射的中子俘获反应，所谓的中子俘获探测器(ncd)。如在ep24 60032a1和wo 2011/012155 a1中所公开的，ncd通过在围绕伽马射线探测器布置或包括在伽马射线探测器中的中子-伽马转换器中测量跟随中子俘获的伽马辐射来探测中子。自然地，任何ncd的主要挑战是区分源于中子俘获的伽马射线的信号和外部源的无处不在的伽马射线的信号。
10、在中子俘获反应中，中子被核ax俘获，得到具有对应于子核的中子分离能量sn(a+1x)的激发的子核a+1x。随后，以伽马射线级联的形式释放该能量。级联可以涉及连续体状态和离散伽马转换。离散线表示俘获核素或核素的混合物(例如，其天然同位素组分中的化学元素)的指纹。在热中子俘获时射出的伽马射线尤其是所谓的“来自慢中子俘获的瞬发伽马射线”用于通过中子活化进行的元素分析，例如，在国土安全应用和钻孔考察中。来自中子俘获的瞬发伽马射线的能量和强度被连续地表征和列表化，例如，在“database of shortgamma rays from slow neutron capture for elemental analysis”，iaea(2007)中。
11、伽马射线的探测通常基于电流的测量。在与探测器介质的伽马射线相互作用中产生的电子和正电子在半导体材料中直接产生电子-空穴对，或者通过闪烁体材料和具有内部或外部放大的光探测器转换为电流。
12、ep 17 170 025.5涉及一种使用闪烁体晶体来探测伽马射线和快中子两者的方法，该闪烁体晶体为反冲电子和反冲核(例如，tl掺杂的nai)提供不同的光脉冲形状，以用于国土安全应用。然而，这种方法局限于快中子的探测。
13、ep 24 600 32a1涉及一种ncd，其包括用中子-伽马转换器增补的伽马射线探测器，用于尽可能多地在中子俘获反应之后伽马射线级联的量热探测。这种方法的限制是由于ncd对环境伽马辐射的敏感性。
14、wo 2011/012155 a1涉及一种由一个或多个伽马射线探测器组成的ncd，该一个或多个伽马射线探测器包括用作活性探测器材料的成分或掺杂剂的化学元素的中子-伽马转换同位素，用于尽可能多地在中子俘获反应之后伽马射线级联的量热探测。这种方法的限制是由于ncd对环境伽马辐射的敏感性。
15、目前为止，在ncd中区分中子俘获伽马射线与其他源的伽马射线的唯一方式是抑制被认为是中子信号、对应于低于约3mev(ncd阈值)的能量沉积的探测器信号，因为普通的放射性核素不发射明显比例的能量高于2615kev的伽马射线。
16、低于ncd阈值的信号抑制的主要缺点是导致伽马射线探测器中的能量沉积低于ncd阈值的中子俘获伽马射线级联也被抑制。如果ncd需要中子俘获伽马射线级联的真实量热探测，则不会发生这样的情况。在实践中，量热状态仅可以通过适当的构造和通过使用相当大且密集的伽马射线探测器来接近。因此，ncd阈值降低了探测中子的概率，即，探测器的灵敏度。灵敏度损失与真实量热状态的偏差成比例。因此，要求ncd的大尺寸和对应的高重量以抵消由ncd阈值强加的ncd的界定条件。
17、yakushev等人在nucl.inst.meth.a 848(2017)162中提出了一种用于在包括碘的闪烁体(作为普通tl掺杂的nai闪烁体)中进行热中子探测的方法。天然碘仅由稳定的127i同位素组成，其提供约6.2靶恩的相对大的热中子俘获截面。该横截面足够大以吸收与通常尺寸(2-3”直径，2-3”高度)的tl掺杂的nai闪烁体相互作用的相当大部分的热中子。在127i上的中子俘获之后的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于伽马射线和中子的并行探测的辐射探测系统，包括
2.根据权利要求1所述的辐射探测系统，其中所述分析器还适于：
3.根据权利要求1所述的辐射探测系统，其中所述伽马射线探测器的所述光探测器为光倍增管、硅光倍增管(SiPM)或雪崩光二极管。
4.根据权利要求2所述的辐射探测系统，其中所述光倍增管包括超级双碱光阴极或者超双碱光阴极。
5.根据先前权利要求中任一项所述的辐射探测系统，其中所述闪烁体晶体是优选具有Tl掺杂的NaI晶体，或者优选具有Na或Tl掺杂的CsI晶体，或者优选具有Tl掺杂包括Li或B作为共掺质的NaI晶体。
6.根据先前权利要求中任一项所述的辐射探测系统，其特征在于，所述伽玛射线探测器、所述数字转换器和所述分析器足够小以被布置在手持装置中。
7.根据先前权利要求中任一项所述的辐射探测系统，其特征在于，所述伽马射线探测器、所述数字转换器和所述分析器足够小以被布置在背包中。
8.一种利用根据权利要求1至7中任一项所述的辐射探测系统来探测中子和伽马射线的方法，所述方法包括以下步骤：<...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于伽马射线和中子的并行探测的辐射探测系统，包括
2.根据权利要求1所述的辐射探测系统，其中所述分析器还适于：
3.根据权利要求1所述的辐射探测系统，其中所述伽马射线探测器的所述光探测器为光倍增管、硅光倍增管(sipm)或雪崩光二极管。
4.根据权利要求2所述的辐射探测系统，其中所述光倍增管包括超级双碱光阴极或者超双碱光阴极。
5.根据先前权利要求中任一项所述的辐射探测系统，其中所述闪烁体晶体是优选具有tl掺杂的nai晶体，或者优选具有na或tl掺杂的csi晶体，或者优选具有tl掺杂包括li或b作为共掺质的nai晶体。
6.根据先前权利要求中任一项所述的辐射探测系统，其特征在于，所述伽玛射线探测器、所述数字转换...
【专利技术属性】
技术研发人员：冈特拉姆·鲍什，尤尔根·斯坦因，
申请(专利权)人：塔吉特系统电子有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：
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