专利名称：中子束流位置探测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及中子束流定位技术，具体涉及一种中子束流位置探测仪。
背景技术：
反应堆孔道引出的中子束流强度非常大(IO5-IO1VZcm2)，因此需要对它的飞行路径进行精确定位。传统的用于定位中子束流的探测器只有位置灵敏探测器和手持式中子探测仪以及胶片成像。位置灵敏探测器优点是束流强度灵敏度非常高，但是由于受电子学和测量死时间的影响，只能测量< 105n/cm2的中子通量，最优空间分辨只有2mm左右。商业的手持式中子探测仪主要用于探测环境散射中子的位置，其优点是可非常直观的目视中子流的位置(中子打在探测面上就发光)，但是由于受手柄限制(15cm)，近距离探测强束流将会非常危险，且成像的区域有限(尺寸约3-5cm)。胶片成像的方法最精确分辨可达0. 1mm，但是需要进行约1小时的曝光和显影时间，因此具体束流位置未知的情况下，定位效率较低。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种采用CCD中子成像方法来实时精确定位强中子束流的探测仪，从而大幅提高定位的效率和安全性。本实用新型的技术方案如下一种中子束流位置探测仪，包括用于将中子影像转化成可见光影像的闪烁屏，闪烁屏后侧设有用于将可见光折射到相机的反射镜，反射镜折射的光线经过镜头汇聚到CCD相机，其中，所述的反射镜共有两块，两块反射镜平行设置且与闪烁屏形成一定的夹角；闪烁屏和第一反射镜设置于探测头腔内，第二反射镜设置在探测腔的后端，镜头和CCD相机位于相机腔内；探测头腔、探测腔、相机腔顺次连接，并共同设置在移动平台上。进一步，如上所述的中子束流位置探测仪，其中，所述的探测头腔与探测腔之间， 以及探测腔与相机腔之间均通过凹槽和凸槽相互扣合连接。进一步，如上所述的中子束流位置探测仪，其中，两块反射镜与闪烁屏之间均呈 45°夹角。进一步，如上所述的中子束流位置探测仪，其中，所述的CCD相机四周用铅板包围。进一步，如上所述的中子束流位置探测仪，其中，所述的移动平台包括水平平移台和垂直平移台，连接后的探测头腔、探测腔和相机腔设置在水平平移台上，水平平移台设置在垂直平移台上。更进一步，如上所述的中子束流位置探测仪，其中，所述的水平平移台采用电机带动丝杠的形式进行传动；所述的垂直平移台由通过转轴相互交叉连接的两个支撑架构成， 支撑架的上下分别设有顶板和底板，两个支撑架的底端分别与底板以可转动的方式连接， 在顶板的底面设有电机驱动的丝杠，其中一个支撑架的顶端与丝杠实现螺纹连接。本实用新型的有益效果如下本实用新型所提供的中子束流定位装置以CCD中子成像技术为基础，再辅以二维的移动底座，可对105n/cm2以上的中子通量进行测量，定位精度可达0. 1mm，探测范围尺寸可达15cm，曝光时间在1分钟以内，完全满足中子强束流的实时精确定位要求。整个装置使用模块化设计，可满足不同测量环境的空间要求。
图1为中子束流位置探测仪的原理图；图2为中子束流位置探测仪的结构示意图；图3-1、图3-2、图3-3为中子束流位置探测仪的多种组装方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。中子束流位置探测仪的原理如图1所示，中子束流照射到闪烁屏1上，闪烁屏1将中子影像转化成可见光影像，闪烁屏1后侧设有用于将可见光折射到相机的反射镜，所述的反射镜共有两块，两块反射镜2、3平行设置且与闪烁屏形成一定的夹角，两次折射可极大地降低本底，反射镜2、3折射的光线经过镜头4汇聚到CXD相机5。中子束流位置探测仪的具体结构如图2所示，闪烁屏1和第一反射镜2设置于探测头腔10内，第二反射镜3设置在探测腔20的后端，镜头4和CXD相机5位于相机腔30 内；探测头腔10、探测腔20、相机腔30顺次连接，并共同设置在移动平台上。三个腔体的框架均为2cm*2cm的铝合金型材，表面蒙上Imm厚铝皮。腔体间由铝制方形凹槽和凸槽相扣连接，这样便于模块化搭建。闪烁屏1使用Li6F或SiS材料，使中子影像转化为可见光影像，面积约10cm*10cm， 厚度约0.4mm，衬底为2mm厚度的铝板。闪烁屏依靠4个角上的螺母固定在探测头腔框架上。第一反射镜2使可见光90度折射到探测腔中。这样能避免直射束照射。第一反射镜面积约10cm*15cm，厚度约0. 3 μ m铝膜镀在3mm厚的单晶硅片上，表面再镀上IOnm厚 Si02保护层，平面镜需达到90%以上的反射率。平面镜固定在与闪烁屏成45°角的平面上。第二反射镜3尺寸与作用和第一反射镜2相同。同样固定在与闪烁屏1成45°角的平面上。两个反射镜的设计能大大减低Y辐射本底对相机的影响。镜头4为焦径比1.4，焦距85mm的定焦镜头，能很好的满足光路设计要求。C⑶相机的分辨为科学级CCD相机，相机四周被2cm厚的用于降低、辐射的铅板包围， 底座与相机腔用调节板连接，通过调节调节板的三个螺丝可调节相机轴线与闪烁屏平面垂直。整个探测腔体固定在可精确定位、行程为40cm的电动水平平移台上，使用连接板连接，水平平移台采用电机带动丝杠的形式进行传动。水平平移台固定在可精确定位、行程为20cm的电动垂直平移台上。垂直平移台由通过转轴相互交叉连接的两个支撑架构成，支撑架的上下分别设有顶板和底板，两个支撑架的底端分别与底板以可转动的方式连接(如通过转轴连接)，在顶板的底面设有电机驱动的丝杠，其中一个支撑架的顶端与丝杠实现螺纹连接，通过电机驱动来改变顶板底面交叉的支撑架之间的距离，来实现交叉支撑架之间的角度变化，从而改变平移台的高度。由于本实用新型使用模块化设计，这样可实现不同的组装方式，满足不同的测量环境对空间的要求。示例性的组装结构如图3-1、图3-2、图3-3所示，当然并不限于上述三幅附图中所表示的组装方式。各种组装都可以通过凹槽和凸槽的相互扣合来实现，操作非常方便。本实用新型测量时间的计算如下一个被测中子在芯片上产生的光子数为npe = n0gnLenCCDne/[4F(m+1) ]2/5 = 3. 3*105/[4F(m+1) ]2/5 = 60其中η 0g两个镜子反射率取0. 82 ；η Le透镜透射率取0. 98 ；η ccdCCD 量子效应取 0. 9 ；ne闪烁屏吸收一个中子在4 π方向发出的光子数，取4. 53*105 ；F透镜焦距/直径，取1.8;m 缩小倍数(l。bj/lCCD = m)取 100/27. 6。CCD芯片上每个像素的光子数/s为Npe = IXD2X nsXnpe/pixel/s其中，I为束流中子通量，以106n/Cm2/S为例；D为每个像素测量的闪烁屏区域尺寸以lOcm/lOM为例；ns为闪烁屏探测效率，以15%为例；则CCD芯片上每秒钟每个像素的光子数Npe = 860个。考虑到每张图片像素需要2000左右计数，需要5张同样的图片进行减噪处理。所以一次实验测量时间只需 2000/860*5 = 12 秒。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种中子束流位置探测仪，包括用于将中子影像转化成可见光影像的闪烁屏(1)， 闪烁屏(1)后侧设有用于将可见光折射到相机的反射镜0、3)，反射镜折射的光线经过镜头(4)汇聚到CCD相机(5)，其特征在于所述的反射镜共有两块，两块反射镜(2、3)平行设置且与闪烁屏(1)形成一定的夹角；闪烁屏(1)和第一反射镜(2)设置于探测头腔(10) 内，第二反射镜(3)设置在探测腔(20)的后端，镜头(4)和CCD相机(5)位于相机腔(30) 内；探测头腔(10)、探测腔(20)、相机腔(30)顺次连接，并共同设置在移动平台上。
2.如权利要求1所述的中子束流位置探测仪，其特征在于所述的探测头腔(10)与探测腔00)之间，以及探测腔00)与相机腔(30)之间均通过凹槽和凸槽相互扣合连接。
3.如权利要求1或2所述的中子束流位置探测仪，其特征在于两块反射镜0、3)与闪烁屏(1)之间均呈45°夹角。
4.如权利要求1所述的中子束流位置探测仪，其特征在于所述的CCD相机四周用铅板包围。
5.如权利要求1所述的中子束流位置探测仪，其特征在于所述的移动平台包括水平平移台(6)和垂直平移台(7)，连接后的探测头腔、探测腔和相机腔设置在水平平移台(6) 上，水平平移台(6)设置在垂直平移台(7)上。
6.如权利要求5所述的中子束流位置探测仪，其特征在于所述的水平平移台(6)采用电机带动丝杠的形式进行传动。
7.如权利要求5所述的中子束流位置探测仪，其特征在于所述的垂直平移台(7)由通过转轴相互交叉连接的两个支撑架构成，支撑架的上下分别设有顶板和底板，两个支撑架的底端分别与底板以可转动的方式连接，在顶板的底面设有电机驱动的丝杠，其中一个支撑架的顶端与丝杠实现螺纹连接。
8.如权利要求1所述的中子束流位置探测仪，其特征在于所述的闪烁屏(1)为Li6F 或SiS材料。
专利摘要本实用新型涉及中子束流定位技术，具体涉及一种中子束流位置探测仪。其结构包括用于将中子影像转化成可见光影像的闪烁屏，闪烁屏后侧设有用于将可见光折射到相机的反射镜，反射镜折射的光线经过镜头汇聚到CCD相机，其中，所述的反射镜共有两块，两块反射镜平行设置且与闪烁屏形成一定的夹角；闪烁屏和第一反射镜设置于探测头腔内，第二反射镜设置在探测腔的后端，镜头和CCD相机位于相机腔内；探测头腔、探测腔、相机腔顺次连接，并共同设置在移动平台上。本实用新型使用模块化设计，可满足不同测量环境的空间要求，且能够大幅提高定位的效率和安全性。
文档编号G01T3/06GK202102119SQ20112022170
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者刘蕴韬, 吴立齐, 武梅梅, 王洪立, 王雨, 贺林峰, 郝丽杰, 陈东风, 韩松柏, 魏国海 申请人:中国原子能科学研究院