一种掺钚光纤及其测量中子的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于辐射测量领域，具体涉及一种掺钚光纤及其测量中子的方法。
【背景技术】
[0002]光导纤维简称光纤，以传导距离远、信号衰减小、通信容量大广泛应用于通信行业。光纤不仅能传导光信号，在特殊条件下也能发射光子，同时有结构简单、体积小、重量轻、布设方便、成本低廉的优点，因此也倍受辐射测量行业的注意。
[0003]随着核技术应用的不断推广，需要中子监测的场所越来越多，当需要监测的区域比较大或辐射场的不均匀性比较严重时，如使用传统的中子探头式区域监测技术时，则需要布设的探头数量较多，将使整个系统的造价非常高昂，而使用中子光纤技术完成同样的工作则要低廉得多，同时，中子光纤还可以测量比较狭窄区域的中子辐射。
[0004]光纤的主要结构一般可分为纤芯、包层、涂覆层、套层，其中起传输光子作用的是芯层，其构成材料有石英、氟化玻璃、硫化玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PSt)、含氟透明树脂或氘化PMMA等，这些材料与中子的反应截面都比较小，因此一般的光纤不能直接用于测量中子。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种可用于中子测量的掺钚光纤，及其使用这种光纤测量中子的方法。
[0006]本发明的技术方案如下:一种掺钚光纤，包括纤芯、包层、涂覆层、套层，其中，在所述纤芯的材料中掺入含有钚-239的原料，含有钚-239的原料的掺入量占纤芯总质量的10% -15%0
[0007]进一步，如上所述的掺钚光纤，其中，所述的含有钚-239的原料可选用二氧化钚、三氯化钚、三氟化钚或六氟化钚，将含有钚-239的原料按相应比例掺入纤芯材料中，熔融状态下充分混合。
[0008]上述掺钚光纤测量中子的方法，将掺钚光纤置于测量环境中，掺钚光纤与光电倍增管连接，光电倍增管连接信号放大电路和脉冲记录电路，入射中子与光纤中的钚发生反应，反应能传递给光纤材料使其激发，退激时放出光子，光子经光纤传输到光电倍增管，转换成电脉冲信号后被信号放大电路放大并被脉冲记录电路记录，电脉冲的数量是正比于中子与钚发生核反应的次数，也就正比于入射中子数量，记录单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，实现中子注量的测量。
[0009]本发明的有益效果如下:本发明将中子敏感物质钚-239掺入光纤的纤芯材料中，含钚的材料可以有效的测量中子。这种采用光纤测量中子的方法造价低廉，应用范围广，可方便的测量狭窄区域的中子辐射。
【附图说明】
[0010]图1是掺钚光纤测量中子的原理τκ意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0012]中子能与很多物质发生核反应，将光纤中掺入一定比例的中子敏感物质后，入射中子与其反应，反应能传递给光纤材料使其激发，退激时放出光子，光子经光纤传输到光电倍加管，转换成电信号并放大后被后续电路记录。光子数量与材料吸收的能量成正比，而核反应的反应能一定，光子数量也就正比于中子数量。
[0013]239Pu在中子的轰击下发生裂变，放出大约170Mev的能量，主要分配给两个裂变碎片，因此含有钚的材料能有效测量中子，方法是在制备纤芯时掺入一定比例的钚材料，具体的掺入比例可由实验确定。含有239Pu的原料可选用二氧化钚、三氯化钚、三氟化钚或六氟化钚的任意一种，或者也可以考虑采用两种以上的混合材料。
[0014]本发明将光纤的纤芯中掺入239Pu，利用含有钚的材料能有效测量中子。上述裂变反应生成的裂变碎片会将能量损失在光纤材料中，使纤芯材料处于激发态，退激时必然会放出光子，光子数量正比于损失的能量，即裂变反应的数量，也就正比于入射中子数，从而实现的中子注量的测量，乘以注量-剂量转换系数可得到中子剂量当量等辐射防护量。
[0015]一个中子最终形成的脉冲数量与掺钚的比例、光电倍增管型号和光电倍增管工作状态有关，在掺钚比例确定、光电倍增管型号确定和光电倍增管电路设计完成的情况下，可用蒙特卡罗的方法模拟计算并通过实验验证的方法来得到。
[0016]在纤芯材料中掺入钚，必然会导致纤芯光传导能力的减弱，但本发明的目的是中子测量，一般的应用场合不会大于数十米的长度，对光纤的光传导能力要求不高，因此只要将钚的比例控制在合理范围内就能满足使用要求。
[0017]含有钚-239的原料的掺入量占纤芯总质量的10% -15%,此浓度范围既可保证光纤测量中子时有较好的探测效率，也可使光纤还有一定的光传导性能。先由小规模生产不同掺钚比例的光纤，如纤芯材料中239Pu02含量为10%、11 %、…、15%,经实验选取探测效率最高的掺钚比例作为今后生产的最佳比例。
[0018]实施例
[0019]掺钚光纤包括纤芯、包层、涂覆层、套层，具体制备方法为将239Pu02按相应比例掺入到生产光纤预制棒的原料(主要是Si02)中，加热至熔融状态，充分混合后制成光纤预制棒，后续的抛光、拉丝、涂覆等生产工艺和流程与一般光纤的生产工艺相同。
[0020]如图1所示，上述掺钚光纤测量中子的方法，将掺钚光纤置于测量环境中，掺钚光纤与光电倍增管连接，光电倍增管连接信号放大电路和脉冲记录电路，入射中子与光纤中的钚发生反应，反应能传递给光纤材料使其激发，退激时放出光子，光子经光纤传输到光电倍增管，转换成电脉冲信号后被信号放大电路放大并记录，而这个电脉冲的数量是正比于中子与钚发生核反应的次数的，也就正比于入射中子数量，记录单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，实现中子注量的测量。一个中子最终形成的脉冲数量与掺钚的比例、光电倍增管型号和光电倍增管工作状态有关，在掺钚比例确定、光电倍增管型号确定和光电倍增管电路设计完成的情况下，可用蒙特卡罗的方法模拟计算并通过实验验证的方法来得到。
[0021]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。
【主权项】
1.一种掺钚光纤，包括纤芯、包层、涂覆层、套层，其特征在于:在所述纤芯的材料中掺入含有钚-239的原料，含有钚-239的原料的掺入量占纤芯总质量的10% -15%。2.如权利要求1所述的掺钚光纤，其特征在于:所述的含有钚-239的原料可选用二氧化钚、三氯化钚、三氟化钚或六氟化钚，将含有钚-239的原料按相应比例掺入纤芯材料中，熔融状态下充分混合。3.采用权利要求1或2所述掺钚光纤测量中子的方法，其特征在于:将掺钚光纤置于测量环境中，掺钚光纤与光电倍增管连接，光电倍增管连接信号放大电路和脉冲记录电路，入射中子与光纤中的钚发生反应，反应能传递给光纤材料使其激发，退激时放出光子，光子经光纤传输到光电倍增管，转换成电脉冲信号后被信号放大电路放大并被脉冲记录电路记录，电脉冲的数量是正比于中子与钚发生核反应的次数，也就正比于入射中子数量，记录单位时间的电脉冲信号量即可计算出中子的注量，实现中子注量的测量。
【专利摘要】本发明属于辐射测量领域，具体涉及一种掺钚光纤及其测量中子的方法。将掺钚光纤置于测量环境中，掺钚光纤与光电倍增管连接，光电倍增管连接信号放大电路，入射中子与光纤中的钚发生反应，反应能传递给光纤材料使其激发，退激时放出光子，光子经光纤传输到光电倍加管，转换成电信号后被信号放大电路放大并记录，根据光子数量正比于中子数量的原理，实现中子注量的测量。
【IPC分类】G01T3/02
【公开号】CN105467424
【申请号】CN201410459792
【发明人】刘建忠, 王勇, 任俊, 宋嘉涛, 杨明明, 李建伟, 于潜, 赵迎喜
【申请人】中国辐射防护研究院
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年9月10日