[发明专利]方向－位置传感的快速中子检测器

说明书

背景技术

尽管辐射感测科学和技术已经开发了一个多世纪，但是本技术领域内公认需要确定进入辐射的方向，特别是对于中子辐射。特别是，对于当前不能有把握地离开安全距离快速检测、识别以及定位特种核材料(SNM)，存在临界间隙。

诸如铀和钚的元素自发地并且还导致裂变的发射中子。与SNM产生的诸如伽马射线的其他形式的辐射不同，这些穿透中子发射具有裂变/可裂变材料的唯一特征，可以用于从诸如Co/Cs、污染医疗废物或者含钾食品的其他辐射发射体中检测和识别SNM。

本技术领域内需要改善了检测速度的定向中子检测。能够这样按要求测量的装置应当也能够抑制背景辐射作用，并且考虑到识别SNM中子源本身的成分。

发明内容

公开了一种用于确定入射中子辐射的方向的中子检测系统。该系统包括至少一个微处理器和用于检测入射辐射的液体填注腔室。该腔室可以配置有多个检测换能器，用于检测气泡在腔室中的位置。该腔室还可以配置有声换能器，用于在腔室内的液体中建立声张力亚稳状态。检测换能器配置有腔室，使得检测换能器能够接收来自腔室中的气泡的信号并且将该信号发送到微处理器做进一步处理。该检测信号足以使微处理器确定在腔室中形成的气泡的位置和/或者形状。作为一种选择，传感器能够检测在气泡内爆或者崩溃时产生的光信号。微处理器可以配置有用于确定气泡在腔室中的三维位置的算法。

声换能器配置有腔室，以使声波进入腔室的液体中。声波必须足以在液体中产生声亚稳状态，使得在暴露在入射中子辐射中时产生气泡。响应来自微处理器，而在实施例中来自放大器的信号，能够进入声亚稳状态。该系统还包括能够根据气泡信号识别入射中子辐射源的方向的微处理器。

在实施例中，用于识别入射中子辐射源的方向的微处理器能够确定气泡通过腔室液体的轨迹，气泡的原点指出中子辐射源的方向。在变型实施例中，用于识别入射中子辐射源的方向的微处理器能够确定气泡事件在腔室液体中的密度，密度梯度的较密部分位于中子辐射源的方向上。

在实施例中，权利要求1所述的中子检测系统是便于获得中子源在三维中的方向的球体。在实施例中，中子检测系统包括至少两个半球形帽的筒状腔室，从而有助于获得三维方向性信息。

在实施例中，系统可以包括线性放大器，用于将声信号发送到声换能器，并且对于腔室中的液体，该信号可以是正弦声波。

通过在施加声波以在腔室的液体中产生张力，使得入射中子辐射导致在液体中形成气泡，可以利用该系统确定入射辐射的方向。然后，利用将信号发送到微处理器的检测换能器检测气泡，然后，该微处理器确定中子发射辐射源在该区域中的方向。为了有助于获得方向性信息，可以采用多个系统或者检测腔室。从在腔室内的液体中形成的任何气泡检测到的信号包括由气泡的崩溃发出的光信号，常常是细长形的气泡形状和离开辐射源的行程，以及气泡崩溃产生的可听声音。

所公开的系统对伽马光子接近完全或者完全不灵敏，并且还对背景宇宙辐射接近完全或者完全不灵敏。该系统可以用于检测能量超过8级幅值的中子，并且不要求对包含在腔室中的液体进行冷却或者加热。

附图说明

图1示出ATMFD检测器的一个实施例的示意图。

图2示出来自示波器中的四个换能器的信号检测的曲线图；

图3示出可以在二维极坐标系中计算从检测器的任何位置到检测器的壁的距离的几何结构的图解说明。

图4示出在相对于ATMFD的角度为0°并且距离为80cm、发射2×10⁶n/sec的1Ci Pu-Be同位素中子伽马射线源是理论数据和实验数据。

图5示出作为检测到的中子数和获取时间的函数的ATMFD的角分辨率。

图6示出角度为-21.9°，距离为43cm的中子源的实验数据和理论数据。

图7示出定义为张力水平低于3.5bar的检测液的区域的检测液的区域灵敏体积。

图8示出随着检测中子变化的方向性ATMFD系统的性能。

图9示出对PZT施加的驱动功率的变化与谐振频率为18.78kHz的腔室的灵敏体积的空间特性之间关系的图解表示。

图10示出在记录的中子检测事件总数相同的情况下，随着灵敏体积的半径的增大，角分辨率迅速接近0°的最大可能角分辨率。

图11示出对于相同数量的源中子，升高的效率与ATMFD腔室中记录的检测事件的数量之间的关系。

图12示出采用两个ATMFD检测器的模拟二维检测的结果。

图13示出采用两个ATMFD检测器的模拟二维检测的结果。