专利名称：一种高灵敏中子剂量当量仪的制作方法
技术领域：
本发明属于核探测技术领域，具体涉及一种高灵敏中子剂量当量仪。
背景技术：
中子剂量当量仪是用于测量辐射场中中子个人有效剂量或有效剂量当量 的一种探测器系统，它一般由探头、信号采集与数据处理系统两部分组成。探 头常用的物理反应是BF3正比计数管的 (n， a ) 、 3He正比计数管的3He (n， F) 、 Lil闪烁计数器的Yi (n， a )等，偶尔也使用活化探测器和固体探测 器。其外用聚乙烯或石蜡等慢化材料包裹着。例如， 一种典型的无内吸收体的中子剂量当量仪所用的探头釆用BF3正比计数管，呈现圆柱状，BF3计数管沿着 柱状聚乙烯慢化体的轴线布置，BF3计数管和慢化体内层的外部是含硼的塑料 圆筒，同时在此塑料圆筒上开钻一定直径的小孔。通过适当调整硼塑料圆筒与 BF3计数管的距离、慢化体的外径、圆柱筒内硼含量，所设计的中子剂量当量仪 能量响应大有改善，在5keV中能区附近其灵敏度曲线与剂量当量曲线接近了 1.7倍。目前，所开发的中子剂量当量仪主要用于辐射工作场所高剂量场的中子辐 射场探测，不适合环境中子本底辐射及低剂量水平中子辐射场的测量。例如， 在国外商品中，目前中子剂量当量仪的灵敏度一般不超过3cps/MSv h-'，能量 响应范围从热中子到几十兆电子伏。中国原子能科学研究院研制的两种高灵敏 度中子雷姆计数器，一种是NR1型，在热能一17MeV能区，剂量范围10_3-10、SV/h，中子灵敏度为14cps/uSv h ;另一种是NR2型，在热能一7MeV能区，剂 量范围10_3-650ySV h—\中子灵敏度为20.9cps/uSv h—1M。现有中子剂量当 量仪的灵敏度不能满足环境级中子辐射场探测的需要。发明内容本发明针对当前所使用的中子剂量当量仪的灵敏度偏低的问题，提供一种 具有高灵敏的中子剂量当量仪。一种中子剂量当量仪，由探头、信号采集与数据处理系统、装载小车三部 分组成。其中探头由5个同轴圆柱体组成，由内到外分别是3化计数管、内层聚乙烯慢化体、镉吸收体、外层聚乙烯慢化体、不锈钢包装材料。关键在于所选用的3He计数管的长度为95 110厘米，直径为5 6厘米，气压为3 4 个大气压。镉吸收体上均匀打孔，每个孔面积为0.9 1平方厘米，孔面积占整 个镉片面积的32%。所选内层聚乙烯慢化体厚度1.8 2.0厘米。所选外层聚 乙烯慢化体厚度7 8厘米。理论上讲，在探头结构相同的情况下，计数管越长，其响应越高；计数管 气压越大，其响应值高；计数管直径越大，探测器响应值越高。但在选择计数 管长度、气压、和直径时，需要综合全面考虑。计数管直径越大，气压越高， 相应的探测器工作电压也就越高，但电路设计时往往希望电子部件在低电压状 态下工作，高的工作电压将使仪器的工作寿命縮短，同时为电路设计带来了困 难，也给探测器二次仪表设计带来相应的难度。另外,从经济的角度考虑，计数 管越长，气压越高、直径越大，相应的经济费用就高。因此，根据环境级中子 辐射水平测器灵敏度的实际需要和对市场商用产品能力的调查调研，采用蒙特 卡罗方法优化设计一种高灵敏度的中子剂量当量仪，能够满足环境级中子辐射 场探测的需要。
图1探头结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。一种中子剂量当量仪，由探头、信号采集与数据处理系统、装载小车三部 分组成，探头、信号采集与数据处理系统安装在装载小车上，探头探测到的信 号传输给信号采集与数据处理系统处理并打印显示。探头由5个同轴圆柱体组 成，由内到外分别是3He计数管5、内层聚乙烯慢化体l、镉吸收体4、外层 聚乙烯慢化体2、不锈钢包装材料6。其中所选用的3He计数管5的长度为95 li0厘米，直径为5 6厘米，气压为3 4个大气压。镉吸收体4上均匀打孔， 每个孔面积为0.9 l平方厘米，孔面积占整个镉片面积的30 40%。内层聚 乙烯慢化体1厚度为1. 7 1. 9厘米，外层聚乙烯慢化体2厚度为7. 0 8. 0厘 米。经过优化设计，优选方案的参数如下3He计数管5的长度为100厘米， 直径为5厘米，工作气压为4个大气压；镉吸收体4上均匀打孔，每个孔面积 为1平方厘米，孔面积占整个镉片面积的32%。内层聚乙烯慢化体1厚度为 1. 825厘米，外层聚乙烯慢化体2厚度为7. 425厘米。经测试，本中子剂量当 量仪灵敏度达到了 48.9cps/uSv h—';中子剂量率量程10—3 10、Sv h—、中 子能量区间范围为2. 5X10—8 20MeV;抗y射线干扰能力至少为168: 1，附 加误差《±10% (对lmSvh—);工作高压1240V;系统统计误差小于等于4. 15%; 环境温度-10 °C +40 °C;环境湿度小于等于85L因此，各项技术指标优于现 有技术指标。
权利要求
1.一种高灵敏中子剂量当量仪，由探头、信号采集与数据处理系统、装载小车三部分组成，探头由5个同轴圆柱体组成，由内到外分别是3He计数管(5)、内层聚乙烯慢化体(1)、镉吸收本(4)、外层聚乙烯慢化体(2)、不锈钢包装材料(6)，其特征在于所述3He计数管(5)的长度为95～110厘米，直径为5～6厘米，气压为3～4个大气压。
2. 根据权利要求1所述的高灵敏中子剂量当量仪，其特征在于所述的 镉吸收体(4)上均匀打孔，每个孔面积为0.9 1平方厘米，孔面积占整个镉 片面积的30 40%。
3. 根据权利要求1所述的高灵敏中子剂量当量仪，其特征在于所述3^ 计数管(5)的长度为100厘米，直径为5厘米，气压为4个大气压。
4. 根据权利要求1所述的高灵敏中子剂量当量仪，其特征在于所述的 镉吸收体(4)上每个孔面积为1平方厘米，孔面积占整个镉片面积的32%。
5. 根据权利要求1所述的高灵敏中子剂量当量仪，其特征在于所述的 内层聚乙烯慢化体(1)厚度为1.825厘米。
6. 根据权利要求1所述的高灵敏中子剂量当量仪，其特征在于所述的 外层聚乙烯慢化体(2)厚度为7.425厘米。
全文摘要
本发明公开了一种高灵敏中子剂量当量仪。该种高灵敏中子剂量当量仪的探头选用述<sup>3</sup>He计数管，其长度为95～110厘米，直径为5～6厘米，气压为3～4个大气压。同时，探头的镉吸收体上均匀打孔，每个孔面积为0.9～1平方厘米，孔面积占整个镉片面积的30～40％。该中子剂量当量仪灵敏度达到了48.9cps/μSv h<sup>-1</sup>，满足环境级中子辐射场探测的需要。
文档编号G01T3/00GK101256241SQ20081000669
公开日2008年9月3日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者刘森林, 袁观俊, 凌 陈, 韩善彪, 魏迎光 申请人:中国原子能科学研究院