一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置的制作方法

1.本实用新型涉及辐射探测技术领域，尤其涉及一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置。


背景技术：

2.在辐射探测技术领域，中子是一种不带电的高能粒子，因不能直接引起物质电离而难以被探测到。传统的中子探测材料是3he气体，但随着中子探测技术的迅速发展，3he的资源供应已经无法满足需要，急需探索新的中子材料。在候选的中子探测材料中，无机闪烁体具有突出的优势，借助于晶体中的6li、10b 元素与中子之间的核反应而产生的次级带电粒子来实现对中子的间接探测，是代替3he气体探测器的重要途径之一。然而，由于中子的穿透力很强，通常不容易被物体吸收，所以要实现对中子的探测是比较困难的。而且，几乎所有的中子信号都伴随着γ射线背景，探测器需要尽可能地具备区分γ背景信号的能力，实际的区分效果不好。随着中子探测在核能利用、军备控制、反恐安检等领域的应用日益广泛，对中子进行有效而准确的探测是核辐射检测的一个重要研究内容之一。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的缺点和不足，提供一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置，可以同时测试中子与伽马射线，使用简便、可靠性高，在便携式中子测量领域提供重要的应用价值。
4.为实现本实用新型目的而提供的一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置，包括有高压模块、钾冰晶石中子探测器、比较器、甄别器以及微控制单元mcu，钾冰晶石中子探测器的前端单元采用的是clyc(ce)闪烁晶体，通过clyc(ce) 闪烁晶体耦合硅光电倍增管sipm，将测量中子转化成测量脉冲信号，经过 clyc(ce)闪烁晶体内部的放大器将脉冲信号进行放大，并且将处理后的射出脉冲，依次经过所述比较器、甄别器进行再处理，处理后的标准的脉冲信号输入到微控制单元mcu进行采集计数，微控制单元mcu经过处理后实现最终的存储、显示，高压模块为钾冰晶石中子探测器提供电力。
5.作为上述方案的进一步改进，所述钾冰晶石中子探测器为一个可测量中子和γ的中子探测模块，中子探测模块的输入、输出接口设计成标准的插针型，具体包括有探测器工作电压端口、前方供电5v端口、电源地端口、信号输出端口、信号地端口，所述中子探测模块的5pin插针直接嵌入到所设计电路上，所设计电路采用小型化的dc29v电源模块与探测器工作电压端口连接，对中子探测模块供电，中子探测模块的信号输出端口接入到整形电路中，整形后的信号输入到微控制单元mcu上进行处理计算。
6.作为上述方案的进一步改进，所述中子探测模块的探测器工作电压端口与高压模块u2的3引脚共同与dc29v电源模块连接，高压模块u2的1引脚接 +5vcc电压；2引脚与4引脚接地，中子探测模块的信号输出端口通过串联4.7k 限流电阻r
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后接入lmv7235m5x比较器的正相输入端3引脚，lmv7235m5x 比较器的反向输入端4引脚通过调节10k的电位器w1，实
现lmv7235m5x 比较器的比较阈值，在lmv7235m5x比较器与电位器w1的连接电路上设置有阈值测试点tp3，lmv7235m5x比较器的5引脚接+3.3vcc，2引脚接gnd， 1引脚信号输出与cd4528单稳态触发器的5引脚相连，cd4528单稳态触发器的4引脚接地，cd4528单稳态触发器的3引脚接+3.3vcc，根据触发器原理，cd4528单稳态触发器的6引脚的输出随着tp2信号的触发会产生的标准的方波信号，方波的延时时间由cd4528单稳态触发器的1、2引脚接的电容 c
27
、电阻r
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决定，cd4528单稳态触发器的6引脚整形后的信号接入到stm32 单片机的计数端，实现mcu的定时计数。
7.本实用新型的有益效果是：
8.与现有技术相比，本实用新型提供的一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置，该探测装置的前端单元采用的是掺杂了铈的clyc(ce)(“clyc”)闪烁体晶体，有很高的光产额，每mev的中子可以产生70000个光子。clyc(ce)闪烁晶体是基于以下的中子反应来实现对中子的探测：6li+n+
→
3h(2.75mev) +4he(2.05mev)，即，入射中子被clyc(ce)闪烁晶体捕获后引起核反应，核反应所产生的带电粒子给出可探测的输出脉冲。根据此原理clyc(ce)闪烁晶体耦合硅光电倍增管sipm，该前端装置已经一个模块封装好，可以直接应用。该前端装置将测量中子转化成测量脉冲信号，经过clyc(ce)闪烁晶体内部的放大器将脉冲信号进行放大，并且将处理后的射出脉冲，依次经过比较器、甄别器进行再处理，处理后的标准的脉冲信号输入到微控制单元mcu进行采集计数，微控制单元mcu经过处理后实现最终的存储、显示。本实用新型提供的一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置，可以同时测试中子与伽马射线，使用简便、可靠性高，在便携式中子测量领域提供重要的应用价值。
附图说明
9.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
10.图1为本实用新型的原理框图；
11.图2为本实用新型的电路原理图；
12.图3为热中子场中示波器记录中子探测模块的输出的中子脉冲信号图。
具体实施方式
13.如图1所示，本实用新型提供的一种采用钾冰晶石实现中子测量的装置，包括有钾冰晶石中子探测器、比较器、甄别器以及微控制单元mcu，钾冰晶石中子探测器的前端单元采用的是clyc(ce)闪烁晶体，通过clyc(ce)闪烁晶体耦合硅光电倍增管sipm，将测量中子转化成测量脉冲信号，经过clyc(ce)闪烁晶体内部的放大器将脉冲信号进行放大，并且将处理后的射出脉冲，依次经过比较器、甄别器进行再处理，处理后的标准的脉冲信号输入到微控制单元mcu 进行采集计数，微控制单元mcu经过处理后实现最终的存储、显示。
14.如图2所示，钾冰晶石中子探测器为一个可测量中子和γ的中子探测模块，中子探测模块的输入、输出接口设计成标准的插针型，具体包括有探测器工作电压端口、前方供电5v端口、电源地端口、信号输出端口、信号地端口，中子探测模块的5pin插针直接嵌入到所设计电路上，所设计电路采用小型化的 dc29v电源模块与探测器工作电压端口连接，对中子探测模块供电，中子探测模块的信号输出端口接入到整形电路中，整形后的信号输入到微控制单元mcu 上进行处理计算。
15.进一步改进，所述中子探测模块的探测器工作电压端口与高压模块u2的3 引脚共同与dc29v电源模块连接，高压模块u2的1引脚接+5vcc电压；2 引脚与4引脚接地，中子探测模块的信号输出端口通过串联4.7k限流电阻r
33
后接入lmv7235m5x比较器的正相输入端3引脚，lmv7235m5x比较器的反向输入端4引脚通过调节10k的电位器w1，实现lmv7235m5x比较器的比较阈值，在lmv7235m5x比较器与电位器w1的连接电路上设置有阈值测试点 tp3，lmv7235m5x比较器的5引脚接+3.3vcc，2引脚接gnd，1引脚信号输出与cd4528单稳态触发器的5引脚相连，cd4528单稳态触发器的4引脚接地，cd4528单稳态触发器的3引脚接+3.3vcc，根据触发器原理，cd4528 单稳态触发器的6引脚的输出随着tp2信号的触发会产生的标准的方波信号，方波的延时时间由cd4528单稳态触发器的1、2引脚接的电容c
27
、电阻r
37
决定，cd4528单稳态触发器的6引脚整形后的信号接入到stm32单片机的计数端，实现mcu的定时计数。
16.将中子探测模块放置于热中子场中，示波器记录中子脉冲信号如图3所示，幅度在477mv左右。该信号通过lmv7235m5x比较器，调节lmv7235m5x比较器的输入阈值tp3，来保证tp2的输出信号，输出信号经过cd4528单稳态触发器，输出标准的脉冲信号。
17.该装置具有热中子探测效率高、快慢中子响应、伽马甄别能力强、时间响应快、输出幅度大、噪声低等优点，可用于中子个人剂量计、中子报警仪、中子巡测仪、中子当量剂量仪等仪器仪表，也可以用于替代3he正比计数管。
18.以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。