[发明专利]一种中子能谱测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种中子能谱测量装置及其测量方法，该中子能谱测量装置的中子‑伽马射线信息转换装置包括同心球体结构的热中子俘获材料、快中子慢化体、快中子非弹性散射材料和高能中子倍增材料，中心伽马探测器设置于同心球体中心处，多层热中子俘获材料、单层快中子慢化体、多层快中子非弹性散射材料和单层高能中子倍增材料由内至外依次包设在中心伽马探测器外部，数据采集处理系统电性连接中心伽马探测器。本发明通过中心伽马探测器探测中子与中子反应截面不同的各种核素反应产生的瞬发伽马射线，并通过数据采集处理系统及利用特征伽马射线的能量和强度及各种核素材料信息反推出中子能谱，有效提高系统探测效率，实现宽能区中子能谱的在线测量。

技术领域

本发明属于辐射探测技术领域，具体涉及一种中子能谱测量装置及其测量方法。

背景技术

中子能谱测量是中子物理学中一项基础性研究，对核物理研究工作具有很大的意义。传统的常用中子能谱测量方法的测量结果精度普遍不高并且都各自有其局限性，如活化片测量法，其成本较低，具有极好的n/γ甄别能力，但测量结果大都存在依赖初始谱、能量分辨率不高等弊端。基于塑料闪烁体或液体闪烁体的测量方法，其使用方便，但须解决n/γ甄别及准确响应函数获取的问题。常用的气体探测器的发展亦受到原材料短缺等问题的制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种中子能谱测量装置及其测量方法，该中子能谱测量装置通过与不带电的中子发生中子倍增反应、非弹性散射反应和俘获反应放出伽马射线，对伽马射线解谱分析即可获得中子能谱信息，当中子能谱测量装置的结构和元素含量确定时，中子能谱测量装置发射的伽马射线的能量和强度只与入射中子的能谱相关。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种中子能谱测量装置，包括中子-伽马射线信息转换装置、中心伽马探测器和数据采集处理系统，中子-伽马射线信息转换装置包括同心球体结构的热中子俘获材料、快中子慢化体、快中子非弹性散射材料和高能中子倍增材料，中心伽马探测器设置于同心球体的中心处，多层热中子俘获材料、单层快中子慢化体、多层快中子非弹性散射材料和单层高能中子倍增材料由内至外依次包设在中心伽马探测器外部，数据采集处理系统电性连接中心伽马探测器。

进一步地，所述中心伽马探测器为溴化镧探测器或BGO锗酸铋探测器或NaI碘化钠探测器或高纯锗探测器。

进一步地，所述热中子俘获材料设有2～5层，各层热中子俘获材料由内至外同心包覆于中心伽马探测器外部，且各层热中子俘获材料的取材不同。

进一步地，所述热中子俘获材料为含镉聚乙烯或含硼聚乙烯或碳化硼或氧化钆或氯化钠。

进一步地，所述快中子慢化体同心包覆于最外层热中子俘获材料外部，且快中子慢化体为富氢材料。

进一步地，所述快中子慢化体为聚乙烯、有机玻璃中的一种。

进一步地，所述快中子非弹性散射材料设有2～4层，各层快中子非弹性散射材料由内至外同心包覆于快中子慢化体外部，且各层快中子非弹性散射材料取材不同。

进一步地，所述快中子非弹性散射材料为有机玻璃或含铁有机玻璃或含铅有机玻璃或含铝有机玻璃。

进一步地，所述高能中子倍增材料同心包覆于最外层快中子非弹性散射材料外部，且位于同心球体结构的中子-伽马射线信息转换装置最外层，所述高能中子倍增材料为铅、钨、铜中的一种。

进一步地，所述数据采集处理系统为包括前置放大器、放大器、多道分析器等器件组成的信号分析器，其中前置放大器、放大器、多道分析器分别用于滤波整形、信号放大和幅度分析。

本发明还提供了上述中子能谱测量装置的测量方法，包括以下步骤：