[发明专利]基于多层中子慢化荧光和光纤传导的中子能谱测量装置

说明书

本发明公开了一种基于多层中子慢化荧光和光纤传导的中子能谱测量装置，所述装置包括：多层探测片、荧光接收装置和数据处理系统，其中：多层探测片叠加放置，用于慢化垂直入射的准直中子束，并将产生的荧光发送至荧光接收装置，多层探测片均与准直中子束的入射方向垂直；荧光接收装置紧贴在多层探测片一侧，用于采集多层探测片传输的荧光，记录每层探测片的发光量信息，并发送给数据处理系统；数据处理系统根据各层探测片的发光量信息和各层探测片的中子能量响应，计算得到被测中子的能谱信息。本发明测量装置结构简单、体积小，能量测量范围广，探测效率高，能量分辨较好，并能够实现在线实时或离线测量，可作为现有中子能谱测量的补充。

技术领域

本发明属于中子能谱测量技术领域，具体涉及一种基于多层中子慢化荧光和光纤传导的中子能谱测量装置。

背景技术

中子能谱测量作为中子物理基础研究和技术应用研究的基础，具有广泛的开展需求。根据不同的中子源类型和应用目的，已经建立了多种中子能谱测量方法，包括飞行时间法、Bonner球谱仪法、反冲质子法、核反应法、阈探测器法和径迹蚀刻法等。下面对几种主要中子能谱测量方法的应用领域和优缺点进行介绍。

飞行时间法根据在已知距离下，不同能量中子飞行时间的不同进行能谱测量，该方法原理简单、分辨率高，但是飞行距离长，所需空间大，并且需要对系统刻度和排除光子本底的干扰，操作比较复杂。Bonner球谱仪法利用多个带有不同直径球形慢化体和放置于慢化体中心的热中子探测器，根据每个中子探测器具有不同的中子能量响应函数这一特点，对各探测器的读数进行解谱运算，继而获得中子能谱信息。该方法设备独立、布点灵活，并且能量测量范围广，但是需要多个Bonner球探测器，测量耗时长，且其分辨率依赖于注量测量和数学处理过程，一般较低。

反冲质子法利用中子和含氢物质中的氢原子发生碰撞，反冲出来的氢原子核的能量和入射中子能量的关系，通过测量反冲质子能量推算出中子能量。该方法可测的中子能量范围宽，但是能量分辨率和探测效率都不高。

核反应法通过中子引发核反应所释放带电粒子能量的测量获得中子能量信息，常采用的是中子同Li-6或He-3的反应。该方法与中子的入射方向无关，不要求准直中子束，但是其可测的中子能量范围较窄，尤其对低能中子分辨率差。

阈探测器法由一组有效阈能均匀分布在待测能区的阈探测器组成，根据反应产物的活性，求得中子能谱。该方法对γ射线本底和阈下中子不灵敏，并且探测器体积小，缺点是受金属活化片的限制，分辨率较差。

径迹蚀刻法利用CR-39探测器记录中子与含氢材料作用产生反冲质子的径迹，在一定的蚀刻条件下获得径迹的长度和数量，从而得到中子能谱信息。该方法结构简单、体积小，但是其分辨率差，不能实现在线测量，并且后期处理复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于多层中子慢化荧光和光纤传导的中子能谱测量装置，该测量装置结构简单、体积小，能量测量范围广，探测效率高，能量分辨较好，并能够实现在线实时或离线测量，可以作为现有中子能谱测量的补充。

本发明提出一种基于多层中子慢化荧光和光纤传导的中子能谱测量装置，包括：多层探测片、荧光接收装置和数据处理系统数据处理系统，其中：多层探测片由多个单层探测片与铝箔依次叠加构成，用于慢化垂直入射的准直中子束，并将产生的荧光发送至荧光接收装置，其中，多层探测片均与准直中子束的入射方向垂直；

荧光接收装置放置在所述多层探测片的一侧，用于采集多层探测片传输的荧光，记录每层探测片的发光量信息，并将发光量信息发送给数据处理系统；数据处理系统根据各层探测片的发光量信息和各层探测片的中子能量响应，计算得到被测中子的能谱信息。

优选的，多层探测片的端面包覆有铝箔，除朝向荧光接收装置的端面外，用于反射荧光，增加探测效率。

优选的，单层探测片包括中子慢化荧光材料和平行排列地插入其中的一根或多根光纤。