一种数字化中子谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于放射性辐射测量领域，具体涉及一种数字化中子谱仪。
【背景技术】
[0002] 尽管自上世纪五、六十年代以来，国际发达国家便已开展现场中子能谱测量技术 的研究，但由于工作场所辐射场的复杂性和环境条件的限制，成熟实用的谱仪类型并不多。
[0003] 目前现场中子谱仪最多为多球谱仪，又称邦纳球谱仪，国内外进行了大量研究报 道。由一系列不同半径的聚乙烯球和位于球心的球形 3He或BF3E比计数器组成，聚乙烯球 的半径分别为2. 5英寸、3英寸、3. 5英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、10英寸和12英寸， 可测中子能量范围为热中子_20MeV。多球谱仪主要不足在于：1.多球谱仪利用少道解谱机 制，其IMeV以上快中子能区范围内中子能量分辨率较差；2.测量过程繁琐，需要测量人员 在测量位置依次摆放不同尺寸的聚乙烯球探测器，测量某一位置的中子能谱往往需要一天 或者几天时间；3.多球谱仪只能通过简单卡下阈的方式扣除Y事件，而中子辐射场往往伴 随着大量的Y事件，多球谱仪无法区分堆积Y事件，无法给出甄别光子能谱信息。
[0004] 关于中子多球谱仪的文献参考如下：
[0005] Bonnerspherespectrometers-acriticalreview,NuclearInstrumentsand MethodsinPhysicsResearchA476(2002)12-20；
[0006] NeutronSpectrometryinMixedFields:Multisphere Spectrometers,RadiationProtectionDosimetryVol. 107,Nos1-3,pp. 37-72(2003)；
[0007] 基于反冲质子方法的中子谱仪目前唯一商售的是北约军方组织研发的R0SPEC谱 仪，其由三个小尺寸计数器（2cm半径），分别充latm，4atm，10atm氢气和一个大体积计数 器（直径6英寸）充0. 5Mpa的氩甲烷气体。这种探测器组合可以使R0SPEC谱仪系统覆 盖能量范围从50keV~4. 5MeV。这些探测器组合安装在一个可以缓慢连续旋转的盘子上。 盘子的旋转通过旋转电机完成。旋转盘子下面是大量的集成电路板，包括主放，4块独立的 ADCs，低压电源和一个微型电脑。电脑控制信号的处理及采集，将数据先存放到缓存之中， 然后从缓存通过一个旋转的RS422接口连接到电脑中。数据获取电脑可以在谱仪探测端 附近，也可以在lkm以外。该谱仪优点是非常便捷，四个探测器同时测量。缺点也非常明 显，主要问题是：1.测量中子能量范围50keV~4. 5MeV，无法覆盖地面核设施场所热能~ 20MeV能区范围；2.四个探测器之间存在中子相互散射的难题，而单能点响应函数确定是 按单个探测器确定，无法考虑探测器之间的相互散射问题；3.无法确定探测器的有效中心 位置，Rospec谱仪最佳测量条件是在均匀辐射场中，无法给出某一测量位置的中子能谱信 息。4.Rospec谱仪也只能通过简单卡下阈的方式扣除y事件，无法区分堆积y事件，无法 给出甄别光子能谱信息；
[0008] 关于Rospec中子谱仪的文献参考如下：
[0009] NeutronSpectrometryinMixedFie1ds:ProportionalCounter Spectrometers,RadiationProtectionDosimetryVol. 107,Nos1-3,pp. 73-93(2003)；
[0010] Rospec-ASimpleReliableHighResolutionNeutron Spectrometer，RadiationProtectionDosimetryVol. 70,No.l_4pp. 273-278. 〇
【发明内容】
[0011] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种数字化中子谱仪，中子能量测量范 围宽；可以确定探测器测量有效中心位置；减少探测器相互散射影响；具有良好的中子、光 子实时甄别能力。
[0012] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种数字化中子谱仪，包括探测 器单元、机械控制单元、数字采集单元以及甄别单元，其特征是：所述探测器单元用于探测 待测辐射场的中子信息；所述机械控制单元用于控制探测器单元的旋转和升降；所述数字 采集单元用于将探测器单元产生的模拟信号转换为数字信号；甄别单元用于对探测器单元 的脉冲形状进行分析，实时判断是中子脉冲信号还是Y射线脉冲信号。
[0013] 进一步，所述中子谱仪还包括多道分析单元，该多道分析单元用于提取脉冲信号 的最大幅值信息，再通过实时处理模块设计算法，建立脉冲幅度谱。
[0014] 进一步，所述中子谱仪还包括解谱单元，所述解谱单元通过建立探测器单元响应 矩阵函数，利用最大熵、多次迭代算法进行多道解谱计算，将中子脉冲幅度谱反卷积为中子 能谱。
[0015] 进一步，所述中子谱仪还包括核电子学单元，该核电子学单元用于给所述探测器 单元提供低压电源、高压电源和脉冲放大成形。
[0016] 进一步，所述探测器单元包括充气式探测器和液体闪烁探测器，所述充气式探测 器包括BF3计数器和含氢计数器，所述BF3计数器包括裸露的BF3计数器和包隔的BF3计数 器。
[0017] 进一步，所述机械控制单元包括旋转和升降的圆盘，所述充气式探测器和液体闪 烁探测器均匀布置在该圆盘上，且充气式探测器和液体闪烁探测器的有效中心位于同一高 度。
[0018] 进一步，所述数字采集单元包括数据采集卡，该数据采集卡用于采集和记录复杂 环境中各种调制形式的中频和射频信号，并将获取的原始数据存储到磁盘阵列中，通过高 速内部总线提交给CPU高速处理器，完成信号高速处理及分析。
[0019] 本发明的有益技术效果在于：
[0020] 1)中子能量测量范围宽，热能~20MeV;
[0021] 2)可以有效确定测量有效中心位置，中心位置不确定度U= 0. 01%(k= 2);
[0022] 3)有效减少探测器相互散射影响，探测器相互散射造成的散射中子本底〈3% ;
[0023] 4)具有良好的中子、光子实时甄别能力的现场中子谱仪，可以在中子、y混合场 中实时分别给出中子、y能谱信息，中子、y甄别因子>1. 5 ;
[0024] 5)测量完成后可实时给出中子、y能谱信息；
[0025] 6)IMeV以上中子能区范围中子能量分辨率好于5%。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明数字化中子谱仪的结构示意图；
[0027] 图2是本发明中子谱仪机械系统单元的结构示意图；
[0028] 图3是采用数字甄别算法甄别241Am_Be源甄别谱；
[0029] 图4是本发明241Am-Be中子源测量中子能谱。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
[0031] 如图1所示，本发明的数字化中子谱仪包括6个探测器单元、机械控制单元、核电 子学单元、数字采集单元、甄别单元、多道分析单元、解谱单元。
[0032] 以下分别介绍相关单元所起功能和作用。
[0033] 1)探测器单元
[0034] 探测器单元采用6个探测器，包括5个充气式探测器和1个液体闪烁探测器。5个 充气式探测器，其中两个是bf3计数器，另外三个是含氢计数器。
[0035] 根据、〇!，a)7Li反应，充气式数器无法给出中子能谱信息。其中一个8?3探 测器是裸露的，另一个包镉，这样对中子能量在（0.025-0. 5)eV的中子提供计数。3个不同 气压的含氢计数器分别记录（50-250)keV，（200-650)keV以及（0. 5-1. 5)MeV的中子信号。 这些探测器利用反冲质子机制探测中子。液体闪烁探测器型号是BC501A，用来记录IMeV以 上能区的中子信号。
[0036] 本发明BF3探测器型号是CENTR0NIC公司的5EB70/13E，灵敏区直径13mm，灵敏区 有效长度50mm，BF6体压强70cmHg。采用这种规格主要是考虑核工业场所中子能谱基本 都是裂变中子慢化谱，热中子注量率高，所以需选用热中子探测器为中子注量响应低的探 测器，减少谱仪死时间。裸露的BF3计数器，具体型号是CENTR0NIC公司的，另一个包0. 5mm 厚的镉。利用镉对热中子具有〇. 5eV的切割中子效应，吸收能量在0. 5eV以下的中子。裸 露BF3计数器：热中子+热上中子；包镉BF3计数器：热上中子；裸露BF3计数器计数-包镉 BF3计数器计数=热中子计数；从而获得0. 5eV以下能区中子计数。
[0037] 3个不同气压的含氢计数器分别记录50keV_l. 5MeV能区的中子信号。含氢正比 计数器利用反冲质子机制探测中子。含氢正比计数器气压越高，可沉积反冲质子能量越大， 但是低能质子会和Y射线、电子学噪声混合从而无法区分，因此含氢正比计数器气压选择 对于可测中子能量范围有直接关系。第一个含氢正比计数器参数如下：气压latm，球形灵 敏区直径40mm，测量中子能量范围50keV-250keV;第二个含氢正比计数器参数如下：气压 3atm，球形灵敏区直径40mm，测量中子能量范围200keV-600keV;第三个含氢正比计数器参 数如下：气压l〇atm，球形灵敏区直径40mm，测量中子能量范围500keV-l. 5MeV。
[0038] 液体闪烁探测器型号是圣戈班公司BC501A，晶体尺寸如下：〇5. 08cmX5. 08cm。 利用反冲质子机制测量快中子，用来记录IMeV以上能区的中子信号和y信号。由于有 机闪烁体具有良好的中子、Y甄别能力，从而使该