专利名称：一种具有能量补偿的中子个人剂量计的制作方法
技术领域：
本发明属于辐射剂量测量技术，具体涉及一种具有能量补偿的中子个人剂量计。
背景技术：
中子个人剂量研究是一个很重要的科研领域，科研和应用价值都很高。中子个人剂量监测应用的场合包括核动力堆、实验堆、核燃料循环、核军事、核技术应用等等，而且随着我国经济和科学技术的发展，中子应用辐射场的不断建立，中子个人剂量计必定会得到更加广泛的应用。利用固体径迹探测器进行中子个人剂量测量，是一种普遍采用的技术，固体径迹探测器可以测量多种粒子，测量反冲质子是其中之一。目前国际、国内上大多采用这种技术，即通过探测反冲质子来实现对中子剂量的测量。目前的个人剂量计一般是将Y监测和中子监测同时进行的，但通常使用的方法是在剂量计中直接放置CR-39固体径迹探测器等中子探测元件。剂量计的材料一般使用普通的聚乙烯等塑料材料，这样在中子探测元件周围覆盖了数毫米厚的塑料层，利用塑料中的氢提供反冲质子。目前使用的个人剂量计典型的结构如图1所示，在剂量计外壳1(聚乙烯层)内设有Y探测元件2和中子探测元件3。这样的结构可以实现对中子剂量的测量，但也存在着很大的问题，主要表现为能量响应不好，即对能量在IOOkeV以下的中子基本没有响应，对能量在300keV以下的中子响应也很低，具体中子能量响应如图2所示，这势必对剂量监测的准确性带来很大影响。而作为一种好的剂量计应该关心全能区的响应，对于中子个人剂量计，从热中子到15MeV都应该具有较为连续平坦的能量响应。
发明内容
本发明的目的在于针对现有中子个人剂量计的上述缺陷，提供一种具有能量补偿的中子个人剂量计，从而改善中子个人剂量计的能量响应特性。本发明的技术方案如下一种具有能量补偿的中子个人剂量计，包括剂量计外壳， 以及Y探测元件和固体径迹探测器，其中，所述的剂量计外壳采用含硼聚乙烯材料。更进一步，如上所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其中，所述的含硼聚乙烯材料中、的含量不低于2%。进一步，如上所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其中，在含硼聚乙烯材料的剂量计外壳中设有空气容腔，所述的固体径迹探测器设置在空气容腔内。更进一步，如上所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其中，所述的空气容腔中空气层的厚度不小于3mm。进一步，如上所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其中，包括两组Y探测元件，分别设置在含硼聚乙烯材料的剂量计外壳内部两侧。本发明的有益效果如下本发明采用了两种形式的转换体，一是空气层，二是含硼材料。通过这些转换体的应用，实现了能量补偿的效果。外壳材料在塑料材料含H基础上增加了、的成分，这样不仅有反冲质子，还提供了 ltlB核反应的带电粒子；空气容腔提供足够厚度的空气转换层，可以提供空气中N的核反应中的质子，进一步提高了能量补偿的效果。 两组Y射线元件的测量位置设计，满足了剂量计一般同时监测中子和Y射线剂量的要求。
图1为现有的中子个人剂量计的结构原理图；图2为现有的中子个人剂量计典型的中子能量响应示意图；图3为本发明的中子个人剂量计的结构原理图；图4为本发明的中子个人剂量计的中子能量响应示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。剂量计测量反冲质子实际上是利用了以下的核反应n+H —n+p其中的H由聚乙烯等塑料来提供，那么如果通过剂量计材料的改变，可以利用其他的核反应，产生额外的带电粒子，就可以提高剂量计对低能量中子的响应。这种物质应该对于低能端的中子反应截面较大，一般来讲这样的材料主要有3He、 6LLkKAu等。3He是惰性气体，很难使用。Au的成本也高而且组织等效性差，不适合做剂量计材料。因此，6Li和ltlB可以作为主要的考虑对象，但考虑到剂量计的可加工性等问题，使用塑料材料是最为可行的，而以上两种物质能够较容易形成塑料的、更为容易实现，因此本发明采用含硼聚乙烯材料作为剂量计的主要材料，以期达到低能端能量补偿的效果。利用kiB测量中子主要利用以下核反应 n+10B — 7Li+ α +2. 792MeV (6. 1% )7Li*+α +2. 3IMeV(93. 9% )7Li* — 7Li+ γ +0. 478MeV天然硼中约含20%的、，大部分为"B，在塑料中添加的硼也是少量的，因此一般 10B的含量更低，那么本发明实际利用的是、，显然kiB的含量是会影响到能量补偿的效果的。通过一定量的试验，确定的能够起到比较明显的能量补偿效果的ltlB含量应不低于2%。基于上述研究结果，本发明所提供的具有能量补偿的中子个人剂量计，包括剂量计外壳4，以及γ探测元件5和CR-39固体径迹探测器6，其中，所述的剂量计外壳采用含硼聚乙烯材料，含硼聚乙烯材料中kiB的质量含量不低于2%，其结构如图3所示。对于聚乙烯材料中ltlB的含量，在满足具体制作工艺的前提下，含量越高，能量补偿效果越好。结合聚乙烯材料的合成特点，一般来说含硼聚乙烯材料中kiB的质量含量在2% 10%之间。就补偿来讲，还可以通过其他的方法，只要有核反应提供带电粒子，就可以起到一定的作用，中子与空气中的N是存在反应的，反应式如下n+14N — 14C+p这个反应也可以提供固体径迹探测器可探测的质子。如果利用剂量计结构的合理设计是可以达到一定的补偿效果，本发明在剂量计中设计一定的空气容腔7，如图1所示， CR-39固体径迹探测器6设置在空气容腔7内。从而利用空气转换体，提供一定的能量补偿效果。而通常使用的剂量计固体径迹探测元件一般是紧贴塑料外壳的。在设计中通过一定的试验，确定了空气容腔中空气层的厚度，应不小于3mm，才可以提供较为明显效果的补偿效果。空气层的厚度是受剂量计的尺寸大小所限制的，对于目前中子个人剂量计的常规尺寸，一般来说可以将空气层的厚度确定在3 IOmm之间。以上技术方案包括剂量计材料的选择和剂量计结构的设计构成本发明的核心部分，在此基础上配合适当的径迹蚀刻方法，极大地改善了中子个人剂量计的能量响应特性， 通过试验表明，剂量计在从热中子到15MeV具有相当好的能量响应特性，其能量响应变化的极限好于21%，是一种具有较理想能量响应特性的中子个人剂量计，该剂量计的能量响应如图4所示。另外，剂量计也设计了两组Y射线元件的测量位置，分别在含硼聚乙烯材料的剂量计外壳内部两侧，以满足剂量计一般同时监测中子和Y射线剂量的要求。通过使用不同能量的中子照射本发明的剂量计，其能量响应特性如表1所示表1能量响应实验数据
序号中子能量(MeV)去本底径迹密度 (径迹· cm"2 · mSv"1)1热中子560220. 144549530. 25525140. 565580551. 2636662. 55547714. 85639 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种具有能量补偿的中子个人剂量计，包括剂量计外壳，以及Y探测元件和固体径迹探测器，其特征在于所述的剂量计外壳采用含硼聚乙烯材料。
2.如权利要求1所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其特征在于所述的含硼聚乙烯材料中、的含量不低于2%。
3.如权利要求1或2所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其特征在于在含硼聚乙烯材料的剂量计外壳中设有空气容腔，所述的固体径迹探测器设置在空气容腔内。
4.如权利要求3所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其特征在于所述的空气容腔中空气层的厚度不小于3mm。
5.如权利要求1或2所述的具有能量补偿的中子个人剂量计，其特征在于包括两组 Y探测元件，分别设置在含硼聚乙烯材料的剂量计外壳内部两侧。
全文摘要
本发明属于辐射剂量测量技术，具体涉及一种具有能量补偿的中子个人剂量计。其结构包括剂量计外壳，以及γ探测元件和固体径迹探测器，所述的剂量计外壳采用含硼聚乙烯材料，在含硼聚乙烯材料的剂量计外壳中设有空气容腔，所述的固体径迹探测器设置在空气容腔内。本发明采用了两种形式的转换体，一是空气层，二是含硼材料，通过这些转换体的应用，实现了能量补偿的效果。
文档编号G01T7/00GK102176047SQ20111005177
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者侯金兵, 宋明哲, 武昌平, 王志强, 陈军, 骆海龙, 魏可新 申请人:中国原子能科学研究院