[发明专利]一种量能器式井眼缪子探测器

说明书

本发明公开了一种量能器式井眼缪子探测器，涉及井眼探测领域。量能器式井眼缪子探测器包括仪器外壳，外壳上连有通讯供电电缆，外壳内自上而下依次设有电控连接的DC‑DC转换模块、电缆线网络模块、数据采集与存储模块、信号处理电路板、上光电转换读出板、闪烁体矩阵和下光电转换读出板。闪烁体矩阵的主体灵敏区域由闪烁条填充排列组成，每根闪烁条上下端皆配接光电转换读出板和信号反符合单元。探测器内还安装有用来确定探测器在井眼中的相对方位的陀螺仪。探测器可以置于小直径的井眼中收集宇宙射线缪子，很好地克服了目前缪子成像探测器形体大、信号采集通道多、造价高、不能安放在已有的巷道内进行地下目标物探测的瓶颈。

技术领域

本发明涉及井眼探测领域，具体涉及一种量能器式井眼缪子探测器。

背景技术

宇宙射线缪子是来自太空的高能宇宙射线(主要是高能质子)与大气相互作用产生的次级射线粒子。宇宙射线缪子能域宽、穿透性强，在对一定尺度的目标物成像方面具有人工射线装置不可比拟的优势，属于大自然馈赠的免费射线源，因此被人们重视并逐步应用于科研与工业各个方面。宇宙射线缪子成像技术主要分为两大类：基于角度散射的宇宙射线缪子成像技术和基于强度衰减的宇宙射线缪子成像技术。前者通过测量缪子射线在通过目标物前后角度的变化来重构高质子数物质的结构与轮廓。利用这一机理的成像技术可以应用在海关放射性材料的走私稽查、反应堆堆芯结构成像等领域。基于强度衰减的宇宙射线缪子成像技术关注的是更大尺度的目标物成像，例如J.Marteau以及Felix Fehr对火山内部结构的成像来研究火山活动周期。在考古领域，近期由法国、日本、埃及三国科学家组成的团队利用三种不同的核探测技术对埃及的胡夫金字塔进行了缪子扫描成像研究，该团队找到了隐藏在已知墓室上方的暗室。然而，这些形体较大的探测器被置于地面，因此只能探测地面以上的目标物。同时，在金字塔扫描中缺乏反演算法，没有对目标物暗室进行一个清晰的三维成像，得出的结论仍有一定的不确定度。

如图1所示为基于大型巷道中面板探测器的缪子成像技术原理。然而，目前现有的缪子成像探测器形体大、造价高，更重要的是只能安放在已有的巷道内进行地下目标物探测，因此其推广应用受到严重的制约。

在地面以下大量埋藏了古建筑不为世人所知。要利用好这笔丰富的遗产，就要先查清这笔遗产。考古勘探传统工具“洛阳铲”虽然在考古工作中发挥重要的作用，但是存在探查速度慢、深度偏浅、可能造成文物破坏的一些缺陷。因此，早在上世纪50年代，地球物理探测技术就已经开始应用到考古领域。宇宙射线缪子三维成像技术作为一种新兴的成像技术，如果我们能突破其关键技术与应用瓶颈，便将能更好地开展考古研究与古迹保护。就目前的物理探测技术来看，探测深度较浅仍然是目前在用的物探技术的瓶颈。如果一种成像技术能对几米至几十米的目标物进行较为清晰的三维成像，那么无疑将会对考古研究、保护与发掘是一个大的促进。由于宇宙射线缪子有较高的能量，在较大尺度目标物的成像方面，其成像优势是其它物探成像技术不可比拟的。因此开展基于宇宙射线缪子成像的地下目标物的勘探与描述具有重大意义。但是如果利用目前现有技术方案进行地下考古遗迹成像，必须在地下挖掘大型巷道，不仅施工成本高昂，更极有可能对地下遗迹造成永久性破坏，因此急需一种新技术解决目前基于大型巷道探测系统成像的问题。除此之外，泥石流是危害人民群众生命和财产安全的一大自然灾害。泥石流灾害的产生与降雨量、山体结构、土质组分、吸水关系等诸多因素有着紧密的关联。宇宙射线成像技术可以用来准确、实时监测山体结构、密度变化，特别是土质中水分的实时监测。如果将缪子成像技术应用到泥石流和山体滑坡研究中，不仅可以帮助科研人员研究其成因与规律，为此类自然灾害提供有价值的评价参数与依据，同时还可以承担关键路段的预警工作，保护人民群众的人身和财产安全。然而，此类应用场景在多数情况下不能将探测系统置于地面或者开凿大型巷道，因此这一瓶颈也严重制约着该技术的应用。存在几个瓶颈问题没有解决：

(1)缪子成像探测器形体较大、只能安放在已有的大型巷道内或者地面以上进行目标物探测，大大限制了应用的场景。

(2)目前的缪子成像探测器整体造价高，复制性不强，移动性差。