[发明专利]一种掺硼光纤及其测量中子的方法

说明书

技术领域

本发明属于辐射测量领域，具体涉及一种掺硼光纤及其测量中子的方法。

背景技术

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。

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。

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

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 量的掺硼光纤，及其使用这种光纤测量中子的方法。

本发明的技术方案如下：一种掺硼光纤，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硼的原料，含有硼的原料的掺入量占纤芯 总质量的10％-15％。

进一步，如上所述的掺硼光纤，其中，所述的含有硼的原料可选取三氧化 二硼、偏硼酸或硼酸盐，将含有硼的原料按相应比例掺入纤芯材料中，熔融状 态下充分混合。

上述掺硼光纤测量中子的方法，将掺硼光纤置于测量环境中，掺硼光纤 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 子与光纤中的硼发生反应，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硼发生核反应的次数，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。

本发明的有益效果如下：本发明将中子敏感物质硼掺入光纤的纤芯材料 中，含硼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

图1是掺硼光纤测量中子的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

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。

¹⁰B与中子发生n+¹⁰B＝α+⁷Li+2.792Mev的核反应，¹⁰B与中子的反应截面较高， 和热中子的截面是3840靶，因此含有¹⁰B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硼材料，具体的掺入比例可由实验确定。含有硼的材 料可选取三氧化二硼、偏硼酸或硼酸盐中的任意一种，或者也可以考虑采用 两种以上的混合材料。

本发明将光纤的纤芯中掺入硼，利用含有硼的材料能有效测量中子。上述 核反应生成的α粒子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。

一个中子最终形成的脉冲数量与掺硼的比例、光电倍增管型号和光电倍增 管工作状态有关，在掺硼比例确定、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。

在纤芯材料中掺入硼，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，因此只要将硼的比例控制在合理范围内就能满足使用要求。