一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头

1.本实用新型涉及核技术领域，特别涉及一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头。


背景技术：

2.核燃料棒中
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u原子裂变时会发射γ射线，通常采用γ射线吸收法对核燃料棒
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u富集度及其均匀性进行检测。在早期的核物理研究中，气体探测器被广泛用于γ射线探测，但是探测效率非常低。随着γ射线探测技术的发展，出现了闪烁晶体探测器和半导体探测器。目前常用的有nai闪烁体探测器和hpge半导体探测器。nai探测器价格便宜且便携，但其能量分辨率较差，从而无法准确分辨放射性核素的种类；hpge探测器拥有超高的能量分辨率，但其需工作在低温液氮下，使其体积庞大，且价格昂贵。
3.czt晶体具有暗电流低、电阻率高、热稳定性好和带隙宽、能量分辨率高、对射线阻止能力强等优点，是目前制作室温核辐射探测器最有前途的新型半导体材料。czt探测器分辨率介于hpge探测器和nai探测器之间，其体积小、重量轻，能在室温下长时间工作，并且容易做成小型便携式测量装置，在核保障、核设施现场测量领域得到广泛研究和应用。通常，czt探测器具有三种基本结构：平板型、共面栅型和像素型。平板型探测器结构简单，但是不适用于高能γ射线探测。共面栅型探测器的探测性能较好，但是其制备工艺复杂。像素型探测器具有较高的空间分辨率和能量分辨率，且随着目前的晶体制备工艺发展，已经有了比较稳定的像素型czt晶体问世。本实用新型要在像素型czt晶体的基础上设计出一款能量分辨率高，探测效率高，体积小，且能够在室温下工作的核燃料棒检测探头。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头。
5.为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
6.一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，包括信号放大器、czt晶体、铝合金外壳和安装于铝合金外壳内的准直体，所述准直体内设有准直孔，所述铝合金外壳外部有接插头和高压接口。
7.优选地，所述czt晶体包括接插件、阳极、晶体部和阴极。
8.优选地，所述czt晶体的晶体部与准直体连接处之间通过dlc薄膜对czt晶体进行防护。
9.优选地，所述阴极为平板电极，所述阳极分布有16*16个像素电极。
10.优选地，所述阴极和阳极的材料为au，其与czt晶体接触方式为欧姆接触。
11.优选地，所述czt晶体的阳极通过接插件与信号放大器相连接并接地。
12.优选地，所述czt晶体的阴极与外部高压电源连接，接负偏压。
13.优选地，所述信号放大器为电荷灵敏的信号放大器。
14.优选地，所述准直体采用钨合金材料，尺寸和铝合金外壳匹配，并开设有准直孔，通过焊接方式进行固定。
15.优选地，所述铝合金外壳开设有圆孔，所述接插头为九芯航空插头，作为放大器的输出端口。
16.采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型具有探测效率高，能量分辨率高，体积小，且能够在室温下工作等优点。当实际应用到核燃料棒富集度检测系统中时，由于较高的检测性能，相比与原来的系统可以减少探头的使用数量，大幅度减少系统的造价问题。拓宽了czt探测器的应用领域，促进核燃料棒富集度及其均匀性检测系统的发展，为核安全检测提供更加有效的探测措施。
附图说明
17.图1为本实用新型结构示意图；
18.图2为本实用新型czt晶体电极示意图。
具体实施方式
19.以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进一步说明。
20.参照图1至图2，本实用新型提供一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，包括信号放大器2、czt晶体5、铝合金外壳1和固定安装于铝合金外壳1内的准直体6，所述准直体6内设有准直孔7，所述铝合金外壳1外部有接插头3和高压接口4。
21.所述铝合金外壳1对整个探头起保护作用，同时能够实现电磁屏蔽，尺寸为45mm*30mm*35mm。
22.所述czt晶体5包括接插件51、阳极52、晶体部53、阴极54，晶体部53尺寸为25.4mm*25.4mm*5mm。阳极52像素阵列共16*16个像素点(256个像素)，阴极54为平板电极，阴极54和阳极52的材料为au，厚度为50nm。阳极52像素点的信号通过接插件51引出。
23.所述czt晶体5晶体部厚度适中，减小了电荷沉积现象。晶体5与准直体6连接处镀有dlc薄膜，以防止晶体磨损。阴极和阳极采用欧姆接触的方式，减小了信号引出时的阻抗，稳定性高。
24.所述czt晶体5阳极52通过信号放大器2接地。阴极54连接到高压接口4接负高压，连接线固定附着在准直体6和铝合金外壳1上。
25.所述信号放大器2为电荷灵敏的信号放大器。czt晶体5的阳极52通过接插件与信号放大器2相连接。阳极的256个像素通道输出的微弱信号通过接插件输入到信号放大器2后，每32个像素信号转换为一路信号，共分成了8路，然后进行了信号放大。
26.所述接插头3为九芯航空插头，作为信号放大器2的输出端口。该插头的使用简化了硬件建构，同时具有防水、防腐蚀等特点，提高了环境适应性，保证了信号传输的可靠性。
27.所述准直体6的材料为钨合金，尺寸和铝合金外壳1匹配，并通过焊接固定，高25mm，开u型槽，u型槽尺寸和准直孔尺寸相匹配，起准直作用，并且能够有效屏蔽伽马射线辐射。准直体6通过焊接固定在铝合金外壳1上，提高了硬件稳定性。所述准直孔7为铝合金外壳1所开圆孔，尺寸和燃料棒尺寸有关，直径为15mm。
28.图1中，d1为准直孔7的尺寸，直径15mm，距离准直体6上下平面均为5mm，l1为铝合
金外壳1的长度，为45mm，h1为准直体6的高度，为25mm，准直体宽度为28mm，h2为铝合金外壳的高度为35mm，长宽和准直体相匹配，外壳材料厚度约为1mm。
29.核燃料棒由准直孔7进入探测器，燃料棒中
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u衰变缓发的伽马射线通过准直体6的u型槽射入czt晶体5中进行光电效应、康普顿散射、电子对效应，产生与
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u富集度成正比的感应电荷。γ射线由阴极54进入，由于阴极54与高压接口4连接而接入了负高压，阳极52接地，因此阴阳极之间有高偏压。在偏压的作用下，电荷向两极移动并被收集。由于电子的迁移率寿命积远大于空穴，可以近似忽略阴极的电荷，收集表现出良好的单极性。电子向阳极移动，每个像素电极上都产生了微小的感应电荷信号。256个像素电极的信号通过接插件51引入到信号放大器2。在信号放大器中被合并均分为八路，然后进行放大，通过九芯航空插头3输出至外部。
30.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的保护范围内。


技术特征：
1.一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，包括信号放大器、czt晶体、铝合金外壳和安装于铝合金外壳内的准直体，所述准直体内设有准直孔，所述铝合金外壳外部有接插头和高压接口。2.根据权利要求1所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述czt晶体包括接插件、阳极、晶体部和阴极。3.根据权利要求2所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述czt晶体的晶体部与准直体连接处之间通过dlc薄膜对czt晶体进行防护。4.根据权利要求2所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述阴极为平板电极，所述阳极分布有16*16个像素电极。5.根据权利要求4所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述阴极和阳极的材料为au，其与czt晶体接触方式为欧姆接触。6.根据权利要求2所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述czt晶体的阳极通过接插件与信号放大器相连接并接地。7.根据权利要求2所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述czt晶体的阴极与外部高压电源连接，接负偏压。8.根据权利要求1所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述信号放大器为电荷灵敏的信号放大器。9.根据权利要求1所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述准直体采用钨合金材料，尺寸和铝合金外壳匹配，并开设有准直孔，通过焊接方式进行固定。10.根据权利要求1所述的基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，其特征在于，所述铝合金外壳开设有圆孔，所述接插头为九芯航空插头，作为放大器的输出端口。

技术总结
本实用新型公开一种基于像素型碲锌铬晶体的核燃料棒探头，包括信号放大器、CZT晶体、铝合金外壳和安装于铝合金外壳内的准直体，所述准直体内设有准直孔，所述铝合金外壳外部有接插头和高压接口。本实用新型具有探测效率高，能量分辨率高，体积小，且能够在室温下工作等优点。当实际应用到核燃料棒富集度检测系统中时，由于较高的检测性能，相比与原来的系统可以减少探头的使用数量，大幅度减少系统的造价问题。价问题。价问题。


技术研发人员：路书祥 邵永威 张智博
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/6/6