一种多面体结构的中子谱仪的制作方法

本实用新型涉及辐射测量技术领域，尤其涉及一种多面体结构的中子谱仪。

背景技术：

随着中子技术在前沿基础研究、核能、核武器、医学、工业、农业等领域的应用普及与高速发展，中子辐射测量及防护正日益受到人们的重视。工作场所的中子辐射效应常用中子周围剂量当量来描述，它与中子的注量、能量密切相关；尤其是能量，相同注量、不同能量的中子对剂量的贡献不同，这使得中子能谱测量在辐射防护剂量测算中占有重要地位。所谓“中子能谱”，是指不同能量中子的注量随中子能量e的分布统计谱图，也叫“中子注量——能量分布谱”。通常关心的中子能量范围为10^-9～20mev，按其能量大小分为：快中子(＞100kev)、慢中子(即中能中子，0.5ev～100kev)、热中子(约为0.025ev)以及冷中子(＜0.005ev)。

可使用与热中子具有较大反应截面的³he、⁶lif、bf3等制作成热中子探测器来进行中子能谱测量，它们对热中子具有较高的探测效率。然而随着中子能量的升高，反应截面降低，其探测效率会急剧下降。采用含轻核较多的材料制成慢化体，慢化体包覆在热中子探测器表面，可将高能量中子慢化为热中子，从而提高高能量中子的探测效率。这种利用慢化体包覆热中子探测器进行中子能谱测量的主要方法为多球谱仪法，其由热中子探测器以及多种不同厚度的球形慢化体组成。常规的多球中子谱仪结构如专利申请cn201710201494.3，记载一种抽注水多层同心球装置及中子能谱探测系统，该抽注水多层同心球装置包括中子探测器、多个从内到外依次套设的壳体以及抽注水装置，壳体中最内层的壳体套设在中子探测器的表面，任意两个相邻的壳体之间形成有用于容纳液体的间隙，壳体采用铝材料制作而成，最内层的壳体外的每个壳体均设置有阀门，抽注水装置依次连接最内层的壳体外的每个壳体的阀门以便于向间隙中注水或排出间隙中的水。这种多球中子谱仪由于需要向多层壳体内依次注入或排水，对装置的液体密封性要求过高，变化慢化体的方式复杂。

基于上述情况，我们有必要设计一种能够解决上述问题的中子谱仪探测装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种多面体结构的中子谱仪，能根据需求变换慢化体厚度，且结构简单，无需考虑液体的密封问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种多面体结构的中子谱仪，包括探测器和设置在所述探测器外的慢化体，所述慢化体包括多个子慢化体，多个所述子慢化体以所述探测器为端点向外发散设置，多个所述子慢化体具有多种不同的厚度。

具体地，所述子慢化体与所述探测器连接。所述子慢化体的厚度是指所述子慢化体的外端面到所述探测器中心的距离，所述子慢化体的外端面为所述子慢化体远离所述探测器中心的一端的端面，中子束从所述子慢化体的外端面进入所述子慢化体内。

多个所述子慢化体具有多种不同的厚度，每一所述子慢化体的厚度与其他所述子慢化体的厚度均不相同，即所述子慢化体厚度种类的数量与所述子慢化体的个数的数量相同，如n个所述子慢化体，具有n种厚度；或者，

至少两个所述子慢化体厚度相同且相同厚度的所述子慢化体与其他所述子慢化体的厚度均不相同，即所述子慢化体的厚度种类的数量多于一种但少于所述子慢化体的个数的数量，如n个所述子慢化体，具有m种厚度，1<m<n。

优选的，多个所述子慢化体具有多种不同的厚度，每一所述子慢化体的厚度与其他所述子慢化体的厚度均不相同。

作为一种优选的技术方案，所述中子谱仪还包括驱动装置，所述驱动装置驱动所述慢化体转动，以使不同厚度的所述子慢化体朝向中子束入射方向。

具体地，所述慢化体转动时，所述探测器的位置保持不变，即所述探测器相对中子束源的位置保持不变。

作为一种优选的技术方案，所述慢化体为多面柱形结构，所述探测器设置在所述慢化体的转动轴线上，所述子慢化体的外端面与所述慢化体的转动轴线平行。

具体地，所述探测器的高压线和信号引出线从所述慢化体的上端面或下端面中穿出。

优选的，多个所述子慢化体的外端面到所述慢化体转动轴线的距离各不相同，即多个所述子慢化体的厚度各不相同。

优选的，任意相邻的两个所述子慢化体之间的夹角相同，即多个所述子慢化体等角度布置在所述探测器外。

作为一种优选的技术方案，所述子慢化体的外端面为圆柱面。

具体地，所述圆柱面所在的圆柱体的中心轴线为所述慢化体的转动轴线。

作为一种优选的技术方案，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机的输出轴位于慢化体的转动轴线上并与所述慢化体固定连接。

具体地，所述步进电机转动一预设角度时，所述慢化体转动一次，使另一厚度的子慢化体朝向中子束入射方向，以变换不同厚度的子慢化体朝向中子束入射方向。

作为一种优选的技术方案，所述慢化体包括多个以所述探测器的中心为球心的球面体，每一所述子慢化体包括一个所述球面体，多个所述球面体形状相似、立体角相等而半径不相等。

具体地，所述球面体的半径为所述球面体的球面即外端面到所述探测器的中心的距离。多个所述球面体的半径不同即多个所述子慢化体的厚度不同。

作为一种优选的技术方案，所述慢化体还包括多面体框架，所述探测器位于所述多面体框架的中心，所述多面体框架的表面为多边形，每一所述多边形到所述探测器之间设置有空腔，每一所述球面体设置在一个所述空腔内。

优选的，所述多面体框架包括设置在所述空腔之间的隔层，所述球面体被所述隔层相互隔开。

作为一种优选的技术方案，所述多面体框架为正十二面体框架，所述正十二面体框架的表面为十二个正五边形。

优选的，所述正十二面体框架其中一个正五边形所在面为引出面，所述引出面对应的空腔内不设置子慢化体，所述探测器的高压线和信号引出线从所述引出面中穿出，所述驱动装置与所述引出面处的所述正十二面体框架固定连接。所述正十二面体框架上与所述引出面相对的面为闲置面，所述闲置面内不设置子慢化体。

作为一种优选的技术方案，所述驱动装置包括第一支撑杆、第二支撑杆、弧形齿条、第一电机、第二电机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、定轨槽及定轨棒，所述第一支撑杆上端与所述慢化体固定连接，所述第一支撑杆的下端与所述第二支撑杆转动连接，所述第一支撑杆、所述第二支撑杆及所述探测器位于同一轴线上，所述第二支撑杆下端与所述定轨棒固定连接，所述定轨棒下端与所述第一齿轮转动连接，所述第一齿轮与所述弧形齿条相啮合，所述弧形齿条设置在以所述探测器中心为圆心的圆周上，所述定轨棒滑动设置在所述定轨槽内，所述定轨槽设置在以所述探测器中心为圆心的另一圆周上，所述第一电机驱动所述第一齿轮转动，所述第二电机固定设置在所述第二支撑杆上，所述第二电机的转轴上安装所述第二齿轮，所述第三齿轮固定设置在所述第一支撑杆上，所述第二齿轮与所述第三齿轮啮合。

本实用新型的有益效果为：提供一种多面体结构的中子谱仪，能根据需求变换慢化体厚度，且结构简单，无需考虑液体的密封问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例一慢化体的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一慢化体横剖面的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一慢化体纵剖面的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一中的子慢化体的厚度及夹角示意图；

图5为本实用新型实施例一中的慢化体与驱动装置连接示意图；

图6为本实用新型实施例二的结构示意图；

图7为本实用新型实施例二中的子慢化体的结构示意图；

图8为本实用新型实施例二中的子慢化体另一视角的结构示意图；

图9为本实用新型实施例二中多面体框架的结构示意图；

图10为本实用新型实施例二的使用状态示意图；

图11为本实用新型实施例二的另一使用状态示意图。

其中，探测器1，慢化体2，子慢化体21，多面体框架22，多边形221，空腔222，驱动装置3，第一支撑杆31，第二支撑杆32，弧形齿条33，定轨棒34，第二电机35，第一齿轮36，第二齿轮37，第三齿轮38，定轨槽39。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例一

一种多面体结构的中子谱仪，如图1至图3所示，包括探测器1和设置在探测器1外的慢化体2，作为本实用新型的改进，慢化体2包括多个子慢化体21，多个子慢化体21以探测器1为端点向外发散设置，多个子慢化体21具有多种不同的厚度。

于本实施例中，如图5所示，中子谱仪还包括驱动装置3，驱动装置3驱动慢化体2转动，以使不同厚度的子慢化体21朝向中子束入射方向。

于本实施例中，如图1至图3所示，慢化体2为多面柱形结构，如图5所示，探测器1设置在慢化体2的转动轴线上，子慢化体21的外端面与慢化体2的转动轴线平行。

于本实施例中，如图2所示，子慢化体21的外端面为圆柱面。

于本实施例中，驱动装置3为步进电机，如图5所示，步进电机的输出轴位于慢化体2的转动轴线上并与慢化体2固定连接。

于本实施例中，慢化体2包括六个厚度不同的子慢化体21，如图1至图4所示，为了便于描述，对六个子慢化体21依次编号为s1、s2、s3、s4、s5、s6，s1至s6的厚度依次增加，如图4中所示，子慢化体s1、s2、s3、s4、s5、s6的厚度分别为l1、l2、l3、l4、l5、l6，l1<l2<l3<l4<l5<l6。于本实施例中，每一子慢化体的厚度与其他所述子慢化体的厚度均不相同，六个子慢化体有六种厚度。

于其他实施例中，多个子慢化体具有多种不同的厚度，但允许其中两个子慢化体或更多个子慢化体具有相同的厚度，如六个子慢化体具有五种、四种、三种或两种不同的厚度。

于本实施例中，多个子慢化体21均匀地分布在探测器1外，任意相邻的两个子慢化体21之间的夹角相同，如图4所示，六个子慢化体21均匀分布在探测器1外，两个相邻的子慢化体21之间夹角均为60°。

于本实施例中，慢化体2下端端部固定设置有可与步进电机的输出轴固定连接的连接机构(图未示)，利用步进电机连接并驱动待转物体(本实施例中待转物体为慢化体)转动，是本领域的常规技术手段，在此不再赘述。步进电机驱动慢化体2转动时，探测器1的位置保持不变，步进电机的预设转动角度为每次60°。当中子谱仪处于初始状态时，使s1正对待测中子束，此时探测器1外慢化体的厚度为s1的厚度，完成一次测量后，步进电机转动60°，使慢化体2逆时针转动60°，s2正对待测中子束，此时探测器1外慢化体的厚度为s2的厚度，即完成了探测器1外慢化体的厚度的变换，再次转动步进电机，直至完成中子测量。

于其他实施例中，任意相邻的两个子慢化体之间的夹角不相同，驱动装置选用步进电机或其他电机，电机的每次转动角度根据相邻的两个子慢化体之间的实际夹角设置，保证驱动装置驱动慢化体转动一次时，刚好使另一相邻的子慢化体正对中子束即可。

于其他实施例中，慢化体2可根据需求设置n个厚度不同的子慢化体21，n个为4个、5个、7个、8个、9个、10个、11个、12个或其他更多个。

实施例二

一种多面体结构的中子谱仪，如图6至图11所示，包括探测器1和设置在探测器1外的慢化体2，作为本实用新型的改进，慢化体2包括多个子慢化体21，多个子慢化体21以探测器1为端点向外发散设置，多个子慢化体21具有多种不同的厚度。

于本实施例中，如图6所示，中子谱仪还包括驱动装置3，驱动装置3驱动慢化体2转动，以使不同厚度的子慢化体21朝向中子束入射方向。

于本实施例中，如图6至图11所示，慢化体2包括多个以探测器1的中心为球心的球面体，每一子慢化体21包括一个球面体，如图7至图8所示，多个球面体形状相似、立体角相等而半径不相等。

于本实施例中，如图6所示，慢化体2还包括多面体框架22，探测器1位于多面体框架22的中心，如图9所示，多面体框架22的表面为多边形221，每一多边形221到探测器1之间设置有空腔222，每一球面体设置在一个空腔222内。

于本实施例中，如图9所示，多面体框架22为正十二面体框架，正十二面体框架的表面为十二个正五边形。

于本实施例中，如图6所示，驱动装置3包括第一支撑杆31、第二支撑杆32、弧形齿条33、第一电机(图未示)、第二电机35、第一齿轮36、第二齿轮37、第三齿轮38、定轨槽39及定轨棒34，第一支撑杆31上端与慢化体2固定连接，第一支撑杆31的下端与第二支撑杆32转动连接，第一支撑杆31、第二支撑杆32及探测器1位于同一轴线上，第二支撑杆32下端与定轨棒34固定连接，定轨棒34下端与第一齿轮36转动连接，第一齿轮36与弧形齿条33相啮合，弧形齿条33设置在以探测器1中心为圆心的圆周上，定轨棒34滑动设置在定轨槽39内，定轨槽39设置在以探测器1中心为圆心的另一圆周上，第一电机(图未示)驱动第一齿轮36转动，第二电机35固定设置在第二支撑杆32上，第二电机35的转轴上安装第二齿轮37，第三齿轮38固定设置在第一支撑杆31上，第二齿轮37与第三齿轮38啮合。

于本实施例中，慢化体2包括10个厚度各不相同的子慢化体21，即包括10个球面体，正十二面体框架具有10个空腔222，除最下端面和最上端面未设置空腔，其余空腔222内各设置一个球面体，正十二面体框架最上端面为闲置面，最下端面为引出面，引出面上开设有引出孔(图未示)，探测器1的高压线和信号线从引出孔中引出。第一支撑杆31上端与慢化体2的引出面固定连接。

如图6所示，弧形齿条33及定轨槽39固定安装，第一电机(图未示)能驱动第一齿轮36转动并沿弧形齿条33移动，从而使第一支撑杆31、第二支撑杆32、慢化体2以探测器1为圆心转动。第二电机35能驱动第一支撑杆31转动，从而使慢化体2以第一支撑杆31为转轴转动。当第一齿轮36沿弧形齿条33移动时，定轨棒34在定轨槽39中沿弧形轨迹做同步移动，所谓定轨即固定移动轨迹，其作用是使得整个中子谱仪可以以探测器1的几何中心为中心做左右摆动(向左摆动为负，向右摆动为正)，而探测器1的几何中心始终保持在同一水平位置。

当中子束入射方向固定时，或本实施例中的中子谱仪处于一固定中子场时，变换不同厚度慢化体(由薄到厚)的方式如下：

(1)将本实施例中子谱仪进行安装，如图6所示为本实施例中子谱仪安装后的初始状态，中子谱仪处于初始状态时，引出面的正五边形边界其中一边与图6中所示的中子束相互平行，且第一支撑杆31处于竖直位置时的状态，此时引出面朝向正下方，闲置面朝向正上方。正五边形的内角为108°、正十二面体框架的二面角角度约为116.57°，因此控制慢化体2绕第一支撑杆31顺时针自转18°(初始状态的18°，顺时针为俯视状态下慢化体的转动方向，下同)，第一支撑杆31及第二支撑杆32向左摆动26.57°(此时第一支撑杆31处于其初始状态的-26.57°)，即可使得图6所示初始状态中左下的侧面sa转动至与中子束入射方向垂直的位置，即图10所示状态。以该状态下中子垂直入射的球面体为第一种慢化体，可进行第一次中子测量；

(2)参见图10，当第一支撑杆31及第二支撑杆32处于其初始状态的-26.57°时(第一支撑杆31及第二支撑杆32在初始状态下向左摆动26.57°时)，依次自转慢化体2至自转初始状态的90°、162°、-126°、-54°(慢化体2绕第一支撑杆31的转动角度，顺时针为正、逆时针为负)，分别对应第二、三、四、五种慢化体；

(3)参见图11，当第一支撑杆31及第二支撑杆32处于其初始状态的26.57°时(第一支撑杆31及第二支撑杆32在初始状态下向右摆动26.57°时)，依次自转探测器1至自转初始状态的54°、126°、-162°、-90°、-18°(慢化体2绕第一支撑杆31的转动角度，顺时针为正、逆时针为负)，分别对应第六、七、八、九、十种慢化体；

(4)完成十种慢化体对应的十次中子测量后，即可将还原中子谱仪的初始状态。

本实用新型未涉及的部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，在此不再赘述。

最后应说明的是：在本实用新型的描述中，技术术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神与范围。