[发明专利]中子位置探测装置

说明书

技术领域

本发明属于位置探测技术，具体涉及一种中子位置探测装置。

背景技术

通过中子谱仪系统获取氢原子的信息，从而在原子和分子尺度上研究物质的结构和微观运动规律，是凝聚态物理、化学、生命科学、材料科学等多学科领域中广泛使用的技术手段。中子位置灵敏探测器是中子谱仪系统的关键组成部分。目前普遍采用的基于³He气体探测器的中子位置灵敏探测装置规模较庞大、研发成本较高，且随着³He气体数量的减少，其应用将进一步受到原材料及成本方面的制约。因此，亟需研发新的中子位置灵敏探测方法和装置，以替代基于³He气体探测器的探测机制。

近年来，国际上正在积极研究的新型中子位置灵敏探测器主要包括基于涂¹⁰B的GEM气体探测器、基于半导体中子探测器阵列、基于含¹⁰B或⁶Li的闪烁体等类型。基于闪烁体的中子位置灵敏探测器与基于气体探测器的中子位置灵敏探测器相比，具有更高的探测效率，能够实现更为紧凑的结构设计，缩小探测器的规模和成本；与基于半导体阵列的中子位置灵敏探测器相比，则具有更低的γ射线灵敏度，且可在强中子辐射场下仍保持较稳定的性能。

目前，基于闪烁体的中子位置灵敏探测主要通过中子闪烁屏与CCD相机或波长转换光纤(Wavelength Shifting Fiber，WLSF)相结合的方式实现。其中，基于中子闪烁屏与WLSF的探测机制能够在较低的成本下实现较大的探测面积，对于位置分辨率的调节也更为灵活。

基于中子闪烁屏与WLSF的中子位置灵敏探测器利用含¹⁰B或⁶Li等的中子转换材料与ZnS(Ag)闪烁体混合制成中子闪烁屏，并利用WLSF将中子与闪烁屏作用产生的闪烁光信号转换至易被光探测器件响应的波段，进而被光探测器件接收并转化为可测量和记录的电信号。目前普遍采用光电倍增管作为光探测器件，其成本较高，体积和重量较大，对于设计和实现较大的探测面积，及降低探测器的规模和成本是一个制约的因素。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种中子位置探测装置，尺寸小、重量轻、结构简单，具有较高的探测灵敏度；无需在高电压下工作，降低了设计的难度。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种中子位置探测装置，该装置包括中子闪烁屏、波长转换光纤、光电转换器件、数据采集系统、位置判定及图像显示系统，其中：

所述中子闪烁屏，用于吸收中子射线，并发出一定波长的闪烁光；

所述波长转换光纤，用于接收闪烁屏上发出的闪烁光，并将该闪烁光转换成易被光电转换器件响应的波长，传输给光电转换器件；

所述光电转换器件，用于接收波长转换光纤发出的闪烁光，并将该闪烁光信号转化为可测量和记录的电信号输送给数据采集系统；

所述数据采集系统，用于接收光电转换器件传输的电信号，并将该电信号进行放大和处理，然后转化为数字信号传输给位置判定及图像显示系统；

所述位置判定及图像显示系统，用于接收数据采集系统传输的数字信号，并根据该数字信号确定中子的位置，生成和显示中子位置的分布图像。

进一步，所述光电转换器件采用硅光电倍增管。

进一步，所述中子闪烁屏采用¹⁰B或⁶Li与ZnS(Ag)闪烁体混合制成。

进一步，所述中子闪烁屏采用两块，且两块所述中子闪烁屏平行放置。

进一步，两块所述中子闪烁屏之间设有多个波长转换光纤，多个波长转换光纤分别沿两个相互垂直的方向平行布置。

进一步，每根所述波长转换光纤的两端均与硅光电倍增管阵列连接，其中，每根或每相邻数根波长转换光纤的末端与硅光电倍增管的一个灵敏单元连接。

本发明的有益技术效果在于：采用硅光电倍增管阵列替代常规的光电倍增管作为光电转换器件，其尺寸更小、重量更轻，价格仅为位置灵敏光电倍增管的几十分之一，且不需要在高电压下工作，有效降低了探测器的体积、重量、设计复杂度和成本；在性能方面，硅光电倍增管能够达到与光电倍增管相当的光电流增益，且其光谱响应曲线的峰值与波长转换光纤发光的波长(492nm)更为接近，相应的探测效率可以达到20％，而光电倍增管在该波长处的光量子效率约为15％。

附图说明

图1是本发明中子位置探测装置的结构框图；

图2是本发明中子位置探测装置的结构示意图。