[发明专利]一种套轴同心多球中子谱仪及其测量方法、分析处理系统

权利要求书

1.一种套轴同心多球中子谱仪，其特征在于：包括底座、安装在所述底座上的主轴、嵌套在所述主轴上的套轴组件、套设在所述套轴组件上的同心多球外壳、连接所述套轴组件的驱动组件；所述主轴上安装有探测器；所述同心多球外壳包括至少两层厚度不同的第一球壳和至少一层第二球壳，每一层所述第一球壳由质量相同的半球形多孔金属壳和半球形非金属外壳组合而成，所述第二球壳为与所述半球形多孔金属壳材料不同的金属球壳；

所述主轴包括直径不同的左半轴和右半轴，所述探测器安设在所述主轴的中心位置，所述套轴组件包括由内至外嵌套在所述右半轴上的多层套轴，每一层所述套轴对应于一层所述第一球壳，每一层所述套轴的末端链接所述驱动组件，所述驱动组件独立驱动每一层所述套轴的转动，从而控制套接在对应所述套轴上的所述第一球壳的转动，搭配出2ⁿ种厚度供所述探测器进行中子测量，n为所述半球形非金属外壳的层数。

2.如权利要求1所述的一种套轴同心多球中子谱仪，其特征在于：所述探测器为中子探测器或γ射线探测器。

3.如权利要求1所述的一种套轴同心多球中子谱仪，其特征在于：每一层所述套轴设有链轮，所述驱动组件包括与所述链轮链接的链条组、以及驱动所述链条组的电动机组、以及控制所述电动机组的控制器。

4.一种套轴同心多球中子谱仪的测量方法，应用于权利要求1-3任一项权利要求所述的一种套轴同心多球中子谱仪，其特征在于，包括：

通过驱动组件对每一套轴上的球壳进行单独的自动化驱动，转动不同的所述第一球壳180°，通过转换搭配不同厚度聚乙烯球壳的方式，共模拟出2ⁿ种半球形非金属外壳的组合厚度，获得所述组合厚度下的响应函数矩阵，n为所述半球形非金属外壳的层数；

通过驱动组件对每一套轴上的球壳进行单独的自动化驱动，转动不同的所述第一球壳180°，通过转换搭配不同厚度聚乙烯球壳的方式，共模拟出2ⁿ种半球形非金属外壳的组合厚度，基于探测器对每一种所述组合厚度的测量，获得每一种所述组合厚度下的计数值矩阵；

将所述计数值矩阵导入对应的所述响应函数矩阵，获取对应的中子能谱。

5.如权利要求4所述的一种套轴同心多球中子谱仪的测量方法，所述获得所述组合厚度下的响应函数矩阵，具体包括：

根据模拟获得的热中子-1000MeV中子能量下j个不同能群能量离散值对2ⁿ种所述组合厚度下的响应函数参考矩阵，形成所述响应函数矩阵：

其中R₁₁-R_ij为探测器对中子或γ射线的能量响应，i＝2ⁿ，j代表不同能群。

6.如权利要求5所述的一种套轴同心多球中子谱仪的测量方法，其特征在于，所述计数值矩阵为：

其中，N₁-N₃₂分别为根据所述探测器对每一种所述组合厚度下的测量信号生成的计数值。

7.如权利要求6所述的一种套轴同心多球中子谱仪的测量方法，其特征在于，所述将所述计数值矩阵导入对应的所述响应函数矩阵，获取对应的中子能谱，具体包括：

1)将中子能谱的计算公式：

离散化得：

其中，φ(E)为所求的中子能谱，R_φ(E)为模拟的中子或γ射线的能量响应函数，E表征中子能量，d_E为E的微分；

2)将公式(1)(2)带入公式(4)可得公式(5)：

求得即为求解的中子能谱中每个计数值对应的中子能量；

3)将求解的中子能量转化为对应的中子能谱。

8.一种套轴同心多球中子谱仪的分析处理系统，其特征在于：包括顺序连接的信号收集单元、数据处理单元和显示单元；

所述信号收集单元用于连接套轴同心多球中子谱仪的探测器，以获取所述探测器输出的脉冲信号；

所述数据处理单元用于将采集的脉冲信号转化为对应的计数值矩阵，然后执行如权利要求5-7任意一项权利要求所述的测量方法，获得对应的中子能谱；

所述显示单元用于显示所述中子能谱。