个聚乙烯同心球壳如一系列半径不同的聚乙烯球形慢化体(相当于低能部分，参照图2所示)和多个金属同心球壳如含金属夹层的多层球形结构慢化体(相当于高能部分，参照图3所示)。其中，参照图2所示，低能球形聚乙烯慢化体沿半径方向挖一圆柱形孔洞用来放置热中子探测器200，空余部分用同样的聚乙烯材料填充，孔洞的大小和位置保证热中子探测器200位于慢化体的球心，以满足热中子探测器200对各个方向的中子有相同的响应。并且，参照图3所示，高能部分慢化体由4个有夹层结构的多层球形慢化体组成，夹层材料可以为铜或铅，其具体结构为:最里层为球形聚乙烯慢化体，热中子探测器200位于此慢化体；中间层为金属球壳，由两个半球壳组成同时在沿着里层慢化体孔洞方向挖有同样半径的孔洞来布线，并且空余部分用同样的金属填充保证球形结构；同样地最外层用两个半球壳的聚乙烯组成一个球壳慢化体，开有同样的孔洞并且多余部分用聚乙烯填充。另外，四个多层球形结构的慢化体可以拆卸组合，并且4个多层球形慢化体半径是可以耦合的，如三层球形结构可以添加其他多层慢化体的球壳组成四层、五层球形慢化体结，从而可以增加多球中子谱仪的能量响应结构。
[0034]进一步地，在本实用新型的一个实施例中，参照图4所示，图4为多球中子谱仪中低能部分能量响应结构示意图，其中，曲线I为裸球的能量响应函数，曲线2为半径为5cm的聚乙烯球形慢化体的能量响应函数，曲线3为半径为6cm的聚乙烯球形慢化体的能量响应函数，曲线4为半径为8cm的聚乙稀球形慢化体的能量响应函数，曲线5为半径为1cm的聚乙稀球形慢化体的能量响应函数，曲线6为半径为12cm的聚乙稀球形慢化体的能量响应函数，曲线7为半径为15cm的聚乙烯球形慢化体的能量响应函数。本实用新型实施例通过一系列半径不同的聚乙烯球形慢化体，从而满足热中子探测器200对各个方向的中子有相同的相应。
[0035]进一步地，在本实用新型的一个实施例中，参照图5所示，图5为多球中子谱仪中高能部分能量响应结构示意图，其中，曲线I为金属夹层为5Cu8pelO的多层球形慢化体的响应函数，曲线2为金属夹层为5Pb6.5pe8的多层球形慢化体的响应函数，曲线3为金属夹层为5Pb8pel2的多层球形慢化体的响应函数，曲线4为金属夹层为8Pbl0pel5的多层球形慢化体的响应函数。本实用新型实施例通过含金属夹层的多层球形结构慢化体，从而高能中子可以与金属发生核化学反应产生较低能量的中子，实现扩展测量范围。需要说明的是，例如5Cu8pelO表示内层为聚乙稀，球半径为5cm，中间层为铜球壳，最外层半径为8cm，最外层为铅球壳，最外层半径为10cm，为了减少冗余，对于类似表示不做详细赘述。
[0036]根据本实用新型提出的多球中子谱仪，通过增加金属同心球壳，实现添加含金属夹层的慢化体，从而高能中子可以与金属发生核反应产生较低能量的中子，多球中子谱仪可以测量中子能量范围从热中子到lOGeV，极大地扩展了中子能量的测量范围，同时多层慢化体可以拆卸组装成不同结构的慢化体，增加多球慢化体能量响应结构，不但结构简单，而且应用范围更广。另外，本实用新型实施例的多球中子谱仪采用多个慢化体、多个探头的结构相比单探头多层慢化体的结构大大减少测量时间，更好地满足随时间变化的中子能谱测量。
[0037]其次参照附图描述根据本实用新型实施例提出的多球中子谱仪的分析器。参照图6所示，该分析器20包括:至少一个上述的多球中子谱仪21，至少一个普通多球中子谱仪22和处理器23。
[0038]其中，普通多球中子谱仪的慢化球为聚乙烯慢化球。处理器23分别与至少一个多球中子谱仪和至少一个普通多球中子谱仪相连，处理器23对多球中子谱仪和普通多球中子谱仪探测的热中子的能谱进行记录和显示。
[0039]在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例的分析器的多球中子谱仪数据采集系统可以由集成的9通道核电子学电路组成，可以同时采集9个He-3正比计数器的信号。其中，核电子学电路对He-3正比计数器的信号进行放大和η-γ甄别，同时通过处理器如在电脑上安装专用的软件对信号即对多球中子谱仪和普通多球中子谱仪探测的热中子的能谱进行记录和显示。
[0040]具体地，本实用新型实施例的分析器20中整套多球中子谱仪由上述的低能、高能慢化体和相关的核电子学组成，核电子电路可以被集成为9通道的数据采集、高压供给和数据通讯装置。其中，该电子学可以同时采集9个热中子探测器的输出信号，并进行η-γ甄别，以通过专用软件可以实现核电子和电脑的通讯，把实时采集的数据显示、储存。
[0041]应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0042]本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0043]此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0044]上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0045]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0046]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种多球中子谱仪，其特征在于，包括: 慢化球，所述慢化球包括:N个同心球壳，其中，同心球壳I至同心球壳N的半径依次减小，所述同心球壳1、同心球壳N以及其余的同心球壳中的一部分同心球壳为聚乙稀同心球壳，剩余的同心球壳为金属同心球壳，所述同心球壳N具有容纳孔，所述N大于或等于3，其中，当所述N等于3时，同心球壳2为金属同心球壳；以及 热中子探测器，所述热中子探测器设置在所述容纳孔内以探测热中子。2.根据权利要求1所述的多球中子谱仪，其特征在于，所述热中子探测器为He-3球形正比计数器或BF-3正比计数器。3.根据权利要求1所述的多球中子谱仪，其特征在于，所述金属同心球壳为金属铅同心球壳或者金属铜同心球壳。4.根据权利要求1所述的多球中子谱仪，其特征在于，同心球壳2至同心球壳(N-1)至少一个为所述金属同心球壳。5.一种多球中子谱仪的分析器，其特征在于，包括: 至少一个根据权利要求1-4任一项所述的多球中子谱仪； 至少一个普通多球中子谱仪，其中，所述普通多球中子谱仪的慢化球为聚乙烯慢化球；以及 处理器，所述处理器分别与所述至少一个多球中子谱仪和所述至少一个普通多球中子谱仪相连，对所述多球中子谱仪和所述普通多球中子谱仪探测的热中子的能谱进行记录和显不O
【专利摘要】本实用新型提出了一种多球中子谱仪，包括：慢化球，慢化球包括：N个同心球壳，其中，同心球壳1至同心球壳N的半径依次减小，同心球壳1、同心球壳N以及其余的同心球壳中的一部分同心球壳为聚乙烯同心球壳，剩余的同心球壳为金属同心球壳，同心球壳N具有容纳孔，N大于或等于3；热中子探测器，热中子探测器设置在容纳孔内以探测热中子。本实用新型实施例的多球中子谱仪可以测量的中子能量范围从热中子到10GeV，极大地扩展了中子能量的测量范围，结构简单，应用范围更广。本实用新型还提出了一种多球中子谱仪的分析器。
【IPC分类】G01T3/00
【公开号】CN204740350
【申请号】CN201520052004
【发明人】曾志, 程建平, 李君利, 胡庆东, 马豪, 邱睿
【申请人】清华大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年1月26日