[发明专利]一种数字化中子谱仪的中子、γ甄别系统

说明书

本发明涉及一种数字化中子谱仪的中子、γ甄别系统，包括探测器、放大成形电路、数字采集卡以及上位机甄别模块；探测器用于探测待测辐射场的中子、γ信号，并将中子、γ信号传输给放大成形电路；放大成形电路用于接收探测器传输的信号并将该信号放大成形后传输给数字采集卡；数字采集卡用于接收放大成形电路传输的信号并将该信号由模拟信号转化为数字信号后传输给上位机甄别模块；上位机甄别模块用于接收数字采集卡传输的数字信号并将该数字信号采用实时甄别算法来甄别中子、γ射线。本发明甄别系统解决了过零时间法、上升时间法需要复杂、庞大的电子学插件系统以及电荷比较法、脉冲梯度分析数字甄别算法只能采用离线处理不能实时甄别的难题。

技术领域

本发明属于中子能谱测量领域，具体涉及一种数字化中子谱仪的中子、γ甄别系统。

背景技术

在快中子场中，γ射线总是与中子相伴而生。中子探测器往往对γ射灵敏，因此，如何在中子、γ射线混合场中区别出中子事件、γ事件是测量中子注量谱和中子剂量当量的关键。

液体闪烁探测器中的有机闪烁体由电子或者粒子激发退激产生的荧光信号有270ns～3ns不同的生命期。最后一个打拿极或者阳极输出的脉冲会有一个很快的上升期，主要由光电管(1.66～3)ns的性能决定。脉冲信号同时会拖出一个尾巴，存在270ns的慢成分和30ns的快成分。慢成分会随着次级带电粒子的阻止能量的增加而增加。闪烁体脉冲形状谱，如图5所示，分别为闪烁体γ射线、α射线脉冲形状谱。

中子和γ射线都可以使闪烁体发出闪烁荧光。中子事件闪烁体发出磷光，而γ事件闪烁体发出荧光。直观结构就是中子事件具有长长的尾巴。这就使进行两种脉冲类型的形状甄别成为可能。

以下分别介绍目前采用最多的中子、γ甄别技术：

1.过零法

这种方法是Alexander与1961年最早使用的。随后经过多人研究，日趋完善。CANBERRA公司已做成标准电子插件，使之成为商业产品。目前世界上很多中子物理实验室都用它。参考文献：Alexandar T K,Goulding F S.Nucl.Instr.Meth.1961,13:244；

2.上升时间法

光电倍增管的电流脉冲经积分后，由于中子和γ射线引起的荧光的快慢成份的差异，在脉冲的上升时间上反映出来。上升时间法将这种脉冲上升时间的差异变成了脉冲幅度的差异，它是由上升时间幅度变化器来实现的。光电倍增管的打拿极信号经放大后，分两路分别送入下恒比定时甄别器和上恒比定时甄别器，然后用混和相加与非门将这两个定时脉冲之间的时间间隔变成脉冲宽度，再由时间幅度变化器将之变为幅度。

参考文献：

Furuta Y,et al.Nucl.Instr.Meth.,1970,84:269；

王光宇，高维祥.原子能科学技术，1975，4:319；

过零时间法和上升时间法主要缺点在于：1.这两种方法都需要复杂的电子学电路来实现，经济成本高，电路体积十分庞大，不利于实现现场中子能谱测量过程中中子、γ射线甄别；2.中子、γ甄别商用电子学电路需要调节的参数很多，如果要取得好的中子、γ射线甄别效果，需要有丰富经验的实验人员反复调节相关参数，才能取得较好的甄别效果。不利于实现数字化中子谱仪智能化、傻瓜化操作要求。

3.电荷比较法以信号不同区间积分幅度的比值作甄别参量进行粒子甄别。对探测器输出的信号进行数字化采集后，在计算机上针对脉冲快、慢成份，对信号不同时间区间积分，积分幅度的比值用于粒子甄别。

4.脉冲梯度分析是今年提出的一种简单的数字化甄别方法，选取脉冲峰值和峰值后的一个样本点计算脉冲梯度，利用梯度的不同判别入射粒子的类型。通常情况下，脉冲波峰与选取样本点之间的时间跨度Δt的最优取值范围为15～25ns，具体取值需要根据闪烁探测器的材料以及光电倍增管的特性确定。