专利名称：一种中子周围剂量当量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中子探测器，特别涉及一种用于中子场监测的中子周围剂量当量 仪。
背景技术：
近年来，我国中子应用技术发展迅速，中子测井、中子照相、中子活化分析等已经 得到广泛应用，各种加速器中子源、核电站、反应堆及新型热核反应装置等核设施大量建 造；另外，中子因其独特的生物学特性也在中子辐射治疗方面日益受到重视。这些核设施以 及中子源应用场所在其周围环境会产生中子辐射，造成环境污染并使人员健康受到损伤， 故必须对核设施及中子源场所周围的中子辐射进行监测。在这些存在中子辐射的场合，中 子剂量当量是常规监测项目，因此，探测中子剂量当量的中子周围剂量当量仪有着较大的 市场需求。目前，探测中子的方法主要有核反应法、核反冲法、核裂变法与核激活法，其中核 反应法因其方法简单，测试精确快速而应用最为广泛。现有的中子探测器主要包括气体探测器、液体闪烁剂探测器和固态闪烁剂探测 器。其中，气体探测器使用气态成分，如^fe和ltlBF3,需要相对大的容纳区域来容纳气态成 分，占据的体积比较大，使得其制造和拥有成本非常高，仪器体积大，笨重，不易便携；同样 地，液体闪烁剂也存在体积相对较大的缺点。对于固体闪烁剂，其密度一般相对较大，制作 的探测器结构更加紧凑，因此，固态闪烁剂的使用日趋流行。目前使用的固态闪烁剂主要有掺铕6LiI晶体[6LiI (Eu)]、铈激活的6Li-硅酸盐玻 璃等，其中，掺杂0. 06-0. 08wt%的铕的fiLiI晶体，其对热中子的能量分辨率高，被认为是已 知的用于探测热中子的最有效材料。现有的中子周围剂量当量仪主要为以和kiBF3作为中子探测元件，在中子探测 元件外包有慢化体和吸收体，这些仪器往往灵敏度较低、体积过大、重量过重(IOkg左右)， 不适于室外便捷的携带与使用。目前，国内外还无采用掺铕碘化锂闪烁晶体的中子周围剂量当量仪。总的来说，目前对核设施及中子源周围环境辐射监测的设备存在着灵敏度不高、 难于便携的缺点。因此，特别需要一种中子周围剂量当量仪，重量轻，易于便携，对中子响应灵敏，可 准确测量环境周围中子辐射水平，用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子 辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中子周围剂量当量仪，以解决现有的中子周围剂量当 量仪所存在的仪器灵敏度较低，体积大，笨重，不适于室外携带使用等的问题。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现
一种中子周围剂量当量仪，其特征在于，它包括中子探头、中子能量响应调节体及 控制系统，所述中子探头中设置有中子探测元件，所述中子探测元件为掺铕碘化锂闪烁晶 体，所述中子探头的信号输出端与所述控制系统的信号输入端相连，所述中子探头放置在 所述中子能量响应调节体的几何中心的位置处。在本发明的一个实施例中，所述掺铕碘化锂闪烁晶体中锂(6Li)丰度为 0. 01-99%，铕的掺杂量为 0. OOl-Iwt%。进一步，所述掺铕碘化锂闪烁晶体中锂(6Li)丰度为92%，铕的掺杂量为 0. 08wt%。在本发明的一个实施例中，所述中子探头包括屏蔽外壳、中子探测元件、光导、光 电转换器和前置放大电路，所述中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路互相依次 连接并嵌套在所述屏蔽外壳中，所述前置放大电路的输出端与所述控制系统相连接。进一步，所述光电转换器为一组匹配的高灵敏度的光电倍增管。在本发明的一个实施例中，所述中子能量响应调节体由中子慢化体和嵌入到中子 慢化体中的慢中子吸收层构成，所述中子慢化体的后部的中心位置处设置有用于将所述中 子探头放置在其几何中心部位处的凹坑。进一步，所述中子慢化体的前部为类圆台状，所述中子慢化体的后部为圆柱状，所 述中子慢化体的外表面到内表面之间的距离相等。进一步，所述中子慢化体由高密度聚乙烯加工而成，所述中子慢化体的厚度为 6_12cm。进一步，所述慢中子吸收层采用含硼或镉元素的物质制成，所述慢中子吸收层的 厚度为0. 5-8mm。在本发明的一个实施例中，所述控制系统包括放大器、甄别器、计数器、控制器、显 示器、蜂鸣器、LED指示灯、低压电源和高压电源；所述放大器、甄别器、计数器和控制器依 次互相连接，所述显示器、蜂鸣器、LED指示灯分别与所述控制器相连接，所述低压电源分别 与放大器、甄别器、计数器、控制器、显示器和高压电源互相连接，所述高压电源与所述中子 探头互相连接，所述放大器的信号输入端与所述中子探头的信号输出端互相连接。进一步，所述低压电源为16V可反复充电式的锂离子电池。本发明的中子周围剂量当量仪具有如下的优点(1)采用高灵敏度的掺铕碘化锂fiLiI (Eu)闪烁晶体代替^fe及kiBF3作为中子周 围剂量当量仪的中子探测元件，且采用大体积fiLiI (Eu)闪烁晶体匹配灵敏度高的光电倍增 管，仪器重量轻且便于便携使用；(2)在中子探头外包有一定厚度的高密度聚乙烯的中子慢化体，中子慢化体的前 部为类圆台状，后部为柱形，慢化体中嵌入含硼或镉元素的物质制成的慢中子吸收层，能量 响应易于调节，角响应好；(3)中子慢化体的厚度在6-12cm之间，能达到注量率灵敏度与中子能量无关的性 能，便于标定和现场测量，且仪器便于携带。(4)具有声、光报警功能，用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子 辐射监测，可确保中子源周围环境及公众的中子辐射安全。本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
下面结合附图和具体实施方式
来详细说明本发明；图1为本发明的中子周围剂量当量仪的结构简图；图2为本发明的中子探头的结构示意图；图3为本发明的中子能量响应调节体的结构示意图；图4为本发明的控制系统的结构框图。
具体实施例方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。本发明的中子周围剂量当量仪主要用于解决现有的中子剂量当量仪由于中子探 头中选用的探测元件使得仪器灵敏度较低、体积大、笨重及不适于室外携带使用的问题。如图1所示，本发明的中子周围剂量当量仪，它包括中子探头10、中子能量响应调 节体20及控制系统30 ；其中，在安装时，中子探头10的信号输出端与控制系统30的信号 输入端相连，从而在使用时可以方便的通过控制系统30对中子探头10的信号进行简单处 理，中子探头10放置在中子能量响应调节体20的几何中心处。如图2所示，中子探头10包括屏蔽外壳11、中子探测元件12、光导13、光电转换器 14和前置放大电路15，中子探测元件12、光导13、光电转换器14和前置放大电路15互相 依次连接并嵌套在屏蔽外壳11中，前置放大电路15的输出端与控制系统30相连接。(参 见图4)中子探头10中的中子探测元件12采用掺铕碘化锂闪烁晶体，所述掺铕碘化锂闪 烁晶体中锂(6Li)丰度为0.01-99%，铕的掺杂量为0. OOl-Iwt%。在本实施例中，所述掺铕碘化锂闪烁晶体中锂(6Li)丰度为92%，铕的掺杂量为 0. 08wt%。掺铕碘化锂fiLiI (Eu)闪烁晶体在使用时具有光输出大、热中子探测效率高、高 灵敏度等优点，可以大大提高整个中子周围剂量当量仪的使用性；而在屏蔽外壳11的选 材上，可以采用具有重量轻、耐用极佳等特点的铝制的屏蔽外壳；且在中子探头10的光 电转换器14的选择上，可以采用北京滨松CR125光电倍增管，这种光电倍增管可以更好 地与大体积高灵敏度的掺铕碘化锂fiLiI (Eu)闪烁晶体匹配使用，来有效进行工作中的光 电转换。由于整个中子探头10的主要工作部件由大体积掺铕碘化锂fiLiI (Eu)闪烁晶体 (Φ25X 5mm)耦合CR125光电倍增管组成，为此，中子探头10在测试中子场的辐射水平时， 可以通过对中子场中的注量和剂量当量的转换后快速求得中子周围剂量当量。如图3所示，中子能量响应调节体20由中子慢化体21和嵌入到中子慢化体21中 的慢中子吸收层22构成，中子慢化体21的后部的中心位置处设置有用于将中子探头10放 置在其几何中心部位处的凹坑23。其中，中子慢化体21由高密度聚乙烯加工而成；为了能达到本发明工作时的灵敏 度与中子能量无关的这一重要特征，及便于标定和现场测量，且仪器便于携带，中子慢化体21的厚度可以设置成6-12cm之间。中子慢化体21的前部为类圆台状，中子慢化体21的后部为圆柱状；且中子慢化体 21在制作时，中子慢化体21的外表面到内表面之间的距离相等，即中子慢化体21前部的类 圆台状高度和半径及后部的圆柱状的厚度相等。慢中子吸收层22可以采用含硼或镉元素的物质制成，并使其厚度被控制在 0. 5-8mm以内，且由于慢中子吸收层22采用嵌入中子慢化体21的方式进行安装，使得本发 明整个装置的能量响应易于调节。如图4所示，控制系统30包括放大器31、甄别器32、计数器33、控制器34、显示器 35、蜂鸣器36、LED指示灯37、低压电源39和高压电源38 ；放大器31、甄别器32、计数器33 和控制器34依次互相连接，显示器35、蜂鸣器36和LED指示灯37分别与控制器34相连 接，低压电源39分别与放大器31、甄别器32、计数器33、控制器34、显示器35和高压电源 38互相连接，高压电源38与中子探头10互相连接，放大器31的信号输入端与中子探头10 的信号输出端互相连接。当中子探头10开始工作从而输出信号时，输出的信号现经过放大器31放大后，再 进入到甄别器32进行甄别；而甄别器32只需按照中子探头10的甄别阈值为1500mV的要 求，从输出信号中选出适当的信号值；经过甄别的信号继续输送到计数器中33进行准确计 数，然后被输入控制器；34中；控制器34通过操作界面进行数据处理、显示、存储和报警等控 制，数据通过显示器35显示，声、光报警通过蜂鸣器36、LED指示灯37来指示；低压电源39 则分别用于为放大器31、甄别器32、计数器33、控制器34、显示器35、高压电源38提供工作 电源，低压电源39可以采用16V可反复充电式的锂离子电池，通过其反复使用的特性以及 较强的耐用性，大大提高本发明的使用性能；高压电源38则只需为中子探头10连接供电， 提供900V的工作电压，满足本发明工作时的需要。在使用时，通过相应的实验测量，在241Am-Be源下，测得的中子注量率灵敏度为 O.Scps/hSvtT1)，仪器角响应好(0-90°，小于15%)。由于中子慢化体21采用6_12cm 厚的聚乙烯慢化体，实现了中子的注量率灵敏度与中子能量从0. 025eV-14MeV响应平坦， 仪器重量^g，便于携带，实现了灵敏度高和便携的优点。且整个装置对中子响应灵敏，可准 确测量环境周围中子剂量当量水平，具有声、光报警功能，数字化、智能化水平高，用于反应 堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射 安全。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
1.一种中子周围剂量当量仪，其特征在于，它包括中子探头、中子能量响应调节体及控 制系统，所述中子探头中设置有中子探测元件，所述中子探测元件为掺铕碘化锂闪烁晶体， 所述中子探头的信号输出端与所述控制系统的信号输入端相连，所述中子探头放置在所述 中子能量响应调节体的几何中心的位置处。
2.根据权利要求1所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述掺铕碘化锂闪烁晶 体中锂(6Li)丰度为0.01-99%，铕的掺杂量为0. OOl-Iwt%。
3.根据权利要求2所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述掺铕碘化锂闪烁晶 体中锂(6Li)丰度为92%，铕的掺杂量为0.08wt%。
4.根据权利要求1所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述中子探头包括屏蔽 外壳、中子探测元件、光导、光电转换器和前置放大电路，所述中子探测元件、光导、光电转 换器和前置放大电路互相依次连接并嵌套在所述屏蔽外壳中，所述前置放大电路的输出端 与所述控制系统相连接。
5.根据权利要求4所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述光电转换器为一组 匹配的高灵敏度的光电倍增管。
6.根据权利要求1所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述中子能量响应调节 体由中子慢化体和嵌入到中子慢化体中的慢中子吸收层构成，所述中子慢化体的后部的中 心位置处设置有用于将所述中子探头放置在其几何中心部位处的凹坑。
7.根据权利要求6所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述中子慢化体的前部 为类圆台状，所述中子慢化体的后部为圆柱状，所述中子慢化体的外表面到内表面之间的 距离相等。
8.根据权利要求6所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述中子慢化体由高密 度聚乙烯加工而成，所述中子慢化体的厚度为6-12cm ；所述慢中子吸收层采用含硼或镉元 素的物质制成，所述慢中子吸收层的厚度为0. 5-8mm。
9.根据权利要求1所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述控制系统包括放大 器、甄别器、计数器、控制器、显示器、蜂鸣器、LED指示灯、低压电源和高压电源；所述放大 器、甄别器、计数器和控制器依次互相连接，所述显示器、蜂鸣器、LED指示灯分别与所述控 制器相连接，所述低压电源分别与放大器、甄别器、计数器、控制器、显示器和高压电源互相 连接，所述高压电源与所述中子探头互相连接，所述放大器的信号输入端与所述中子探头 的信号输出端互相连接。
10.根据权利要求9所述的中子周围剂量当量仪，其特征在于，所述低压电源为16V可 反复充电式的锂离子电池。
全文摘要
本发明的目的在于公开一种中子周围剂量当量仪，其特征在于，它包括中子探头、中子能量响应调节体及控制系统，所述中子探头中设置有中子探测元件，所述中子探测元件为掺铕碘化锂闪烁晶体，所述中子探头的信号输出端与所述控制系统的信号输入端相连，所述中子探头放置在所述中子能量响应调节体的几何中心的位置处；采用灵敏度高的光电倍增管作为光电转换器，仪器重量轻，便携，对中子响应灵敏，角响应好，可准确测量环境周围中子剂量当量水平，具有声、光报警功能，用于反应堆、高能粒子加速器等大型核设施的环境中子辐射监测，确保周围环境及公众的中子辐射安全，实现本发明的目的。
文档编号G01T3/06GK102043161SQ201010294498
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年3月16日
发明者吴斌, 孙刚, 宋建安, 康小涛, 徐强, 李兆龙, 罗垚, 赵文渊 申请人:上海新漫传感技术研究发展有限公司