一种基于量子点的中子能谱测量方法技术

一种基于量子点的中子能谱测量方法，通过使用若干种不同种类的量子点作为中子探测器，根据各种量子点对入射中子产生光学信号的差异，获得入射中子的能谱信息等。本发明专利技术提出了一种新的能谱测量的新方法，适用于从10-9MeV-100MeV的中子能谱测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及中子能谱测量，特别是，属于核技术及应用、放射医学与辐射生物学、辐射防护等多学科交叉领域中的能量测量。
技术介绍
中子能谱信息能够为屏蔽设计、辐射剂量监测、探测器的选择提供重要的信息，目前中子能谱信息的获取方法通常有以下两种(1)直接测量法。对单个中子能量进行直接测量，在统计的基础上获得中子能谱信息，其代表方法是中子飞行时间测量法。中子飞行时间测量法的优点在于能量分辨高，但由于整个测量系统需要屏蔽和准直系统、范围巨大的空间(通常飞行距离为8-9m)，复杂的电子学系统，所以中子飞行时间法只是针对特定的中子源进行中子能谱测量，没有普适性；(2)间接测量法。利用对中子能量响应函数不同的探测器，将多个探测器放置于未知辐射场获取多个探测器的读数，通过建立方程组，使用反·卷积方法求解方程组，获得中子能谱信息。目前设计对中子能量响应函数不同的探测器的方法是通过改变慢化体厚度的方法，如Bonner多球中子谱仪，或是采用反应阈值不同的材料，如多箔活化片法。根据这些方法设计的具有不同中子能量响应函数的探测器的数目较少(小于20个)，因此建立的方程组自由度较大，求解出中子谱能量分辨率较低。这种测量方法的优点是测量系统具有移植性，能够适用于大部分中子源的中子能谱测量。量子点的三维尺寸等于或者小于其激子波尔半径，量子点呈现出特殊的光学性质和稳定性，广泛应用于生物学和医学研究，作为发光材料，目前是显示、照明等研究领域的热点。量子点在辐射测量领域的也开始受到关注。但目前并未发现同时使用多种量子点组成的探测器用于中子能谱测量。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供，有效改善了中子能谱测量结果能量分辨率。本专利技术技术解决方案，实现步骤如下(I)刻度量子点光学信号强度与中子能量的函数关系将待刻度的能量范围划分的为N个能群，N>20，第j个能群的能量为Ep其中j=l, 2，3…N，如将KT9MeV到650MeV能量范围划分为60个能群。中子探测器采用M种量子点，M>3，将M种量子点和量子点光学信号强度采集系统置于已知辐射场中，M种量子点所放置位置处的中子能量Ep这时量子点光学信号强度采集系统测量到第i种量子点光学信号强度Li (Ep，1=1，2，3吣1最终根据N个能群的中子能量和相应的M种量子点的光学信号强度，得到M种量子点光学信号强度对中子能量的响应函数，第i种量子点光学信号强度对中子能量的响应函数为Ri (Ej)。(2)测量未知福射场中量子点光学信号强度将M种量子点和量子点光学信号强度采集系统放置于未知辐射场中，量子点光学信号强度采集系统测量到第i种量子光学信号强度Li, Li的标准差为0 i ;(3)根据步骤(2)未知辐射场中所述量子点光学信号强度Li,以及步骤(I)中所述量子点光学信号强度对中子能量响应函数Ri (Ej)，建立方程组及=^r(Ej)* RiUij) ■使用反卷积方法求解方程组，获得方程组解为F(EJ，F(Ej)为能量为的中子通量，F(Ej)即为中子能谱信息。所述M种量子点中的每个量子点的三维尺寸小于量子点的发射光谱中峰值处的波长。M种量子点中每两种量子点的发射光谱中峰值波长相差超过10nm。例如选择4种量子点，4种量子点发射光谱中峰值波长分别为400nm，500nm, 550nm, 600nm。所述量子点光学信号强度采集系统包括:M个光学分频器、M个波长转换剂、M个·光电倍增管、多道分析器和处理和存储设备…种量子点产生的光学信号输入M个光学分频器，由M个光学分频器分为M个光学信号，M个光学信号输入M个波长转换剂，M个波长转换剂将M个输入光学信号转换为适宜接收波长范围后至输入M个光电倍增管，M个光电倍增管将光学信号转换为M个电信号，所述M个电信号分别输入至多道分析器，多道分析器将M个电信号转换为数字信号后将数字信号输入处理和存储设备中，由处理和存储设备对数字信号进行处理和存储。所述M个光学分频器中，第i个光学分频器对应第i种量子点，可透过第i个光学分频器的光谱的波长中值在第i种量子点发射光谱中峰值波长处，每个光学分频器的可透过光谱的半高宽在IOnm以内。所述每个波长转换剂的接收光子的波长范围覆盖所述的量子点发射光子波长范围，波长转换剂的发射的光子的波长范围覆盖所述光电倍增管能够产生响应的光子波长范围。所述步骤(3)中的反卷积方法包括最小二乘法、最大熵法、迭代法或神经网络法。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于(I)本专利技术能量分辨率高Bonner多球谱仪由于慢化体尺寸和中心中子探测器都为热中子灵敏型探测器等原因，其包含的Bonner球个数有限，并且实际的读数中具有独立成分个数少于Bonner球个数，因此所建立的方程组的自由度高，导致最终求解的中子能谱能量分辨率低。本专利技术使用的量子点作为中子探测器，由于量子点种类繁多，量子点种类远远超过Bonner球的个数，并且成本远低于Bonner球，因此所建立的方程组的自由度较低，最终求解的中子能谱能量分辨率较其它间接中子能谱测量方法高。本专利技术能够适用于从KT9-IOOMeV的中子能谱测量，尤其适合中子能谱测量。(2)本专利技术能够适用于强脉冲中子源的能谱测量目前的间接中子能谱测量方法中Bonner多球是基于中子探测器所产生的电信号，由于电信号的时间分辨有限，在几十US左右，因此在脉冲中子源的能谱测量过程中，当脉冲时间小于10 i! S时，电信号即无法分辨，这时Bonner球即无法测量中子能谱，即使在当脉冲时间大于IOy S时，如果单个脉冲产生的中子过多，产生的过多的电信号会阻塞电子学系统，导致测量过程中的计数丢失。本专利技术是采用量子点的光学信号反映中子能量信息，由于量子点的光学信号半衰期短，通常在几十ns左右，并且产生的光学信号经过设计的光学分频器过滤，因此在强脉冲中子源的中子能谱测量过程中不会出现计数丢失情况。(3)本专利技术能够用于稳态中子场的中子能谱测量(同位素中子源、直流运行状态的加速器型中子发生器)，同样可用于脉冲中子场的中子能谱测量(如脉冲运行状态的加速器型中子发生器、脉冲运行状态的托卡马克装置辐射场)。附图说明图I为本专利技术方法实现流程图；图2为本专利技术的应用实例中10_9MeV-650MeV划分为60个能群的示意图；图3为本专利技术的应用实例中量子点响应函数示意图；图4为采用本专利技术的方法获得的Am-Be中子源的中子能谱；·图5为本专利技术的量子点的光学信号强度采集系统示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术通过使用若干种不同种类的量子点作为中子探测器，根据各种量子点对入射中子产生光学信号的差异，获得入射中子的能谱信息等，能够适用于从I(T9MeV-650MeV的中子能谱测量，尤其适合中子能谱测量。本专利技术实施例具体实施如下(I)刻度量子点发光信号强度与中子能量的函数关系将10_9-650MeV能量范围划分为60个能群，每个能群对应一种能量，如图2所示。中子探测器采用21种量子点，21种量子点发射光谱的峰值波长分别为 300nm、320nm, 350nm、375nm、395nm、410nm、430nm、445nm、460nm、475nm、495nm、510nm、525nm、540nm、560nm、590nm、605nm、620nm、635nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子点的中子能谱测量方法，其特征在于实现步骤如下：（1）刻度量子点光学信号强度与中子能量的函数关系将待刻度的能量范围划分的为N个能群，N>20，第j个能群的能量为Ej，其中j=1,2,3…N，如将10？9MeV到650MeV能量范围划分为60个能群。中子探测器采用M种量子点，M>3，将M种量子点和量子点光学信号强度采集系统置于已知辐射场中，M种量子点所放置位置处的中子能量Ej，这时量子点光学信号强度采集系统测量到第i种量子点光学信号强度Li(Ej)，i=1,2,3…M；最终根据N个能群的中子能量和相应的M种量子点的光学信号强度，得到M种量子点光学信号强度对中子能量的响应函数，第i种量子点光学信号强度对中子能量的响应函数为Ri(Ej)。（2）测量未知辐射场中量子点光学信号强度将M种量子点和量子点光学信号强度采集系统放置于未知辐射场中，量子点光学信号强度采集系统测量到第i种量子光学信号强度Li，Li的标准差为σi；（3）根据步骤（2）未知辐射场中所述量子点光学信号强度Li，以及步骤（1）中所述量子点光学信号强度对中子能量响应函数Ri(Ej)，建立方程组使用反卷积方法求解方程组，获得方程组解为F(Ej)，F(Ej)为能量为Ej的中子通量，F(Ej)即为中子能谱信息。FDA00001993994100011.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祝庆军，宋逢泉，宋钢，廖燕飞，吴宜灿，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：