专利摘要

专利摘要

本实用新型公开了一种中子和γ射线联合探测器。该联合探测器基于“裂变‑电子收集”原理，利用偏转电场将中子产生的低能电子从γ射线产生的高能电子中分离出来，实现对中子和γ射线的分别测量；同时，对中子产生的电子进行放大，有效提高了中子测量的灵敏度。

权利要求

1.一种中子和γ射线联合探测器，其特征在于：所述的联合探测器包括外壳（1）、涂层电极基底（2）、裂变涂层（3）、引出栅极（4）、前偏转栅极（5）、后偏转栅极（6）、γ射线次级电子屏蔽板（7）和电子倍增器件（8）；所述的涂层电极基底（2）、引出栅极（4）、前偏转栅极（5）和后偏转栅极（6）位于辐射通道内，γ射线次级电子屏蔽板（7）和电子倍增器件（8）位于辐射通道外，前述的各部件均位于密封的外壳（1）内，外壳（1）内部保持真空环境；

所述的涂层电极基底（2）和引出栅极（4）平行放置在与中子和γ射线入射方向垂直的位置，裂变涂层（3）涂覆在涂层电极基底（2）与引出栅极（4）相对的平面上；

所述的前偏转栅极（5）和后偏转栅极（6）放置在与中子和γ射线入射方向呈45°角的位置；

所述的电子倍增器件（8）的电子入射平面与中子和γ射线入射方向平行，电子倍增器件（8）的对称中心线穿过前偏转栅极（5）的中心；

所述的γ射线次级电子屏蔽板（7）位于涂层电极基底（2）和电子倍增器件（8）之间；

所述的涂层电极基底（2）和γ射线次级电子屏蔽板（7）为实心平板；所述的引出栅极（4）、前偏转栅极（5）和后偏转栅极（6）为平面丝阵或平面网状结构；

所述的涂层电极基底（2）的电压为零，引出栅极（4）和前偏转栅极（5）加载相同的正电压，后偏转栅极（6）加载负电压，引出电场方向由引出栅极（4）指向涂层电极基底（2），偏转电场方向由前偏转栅极（5）指向后偏转栅极（6）；

中子和γ射线穿过外壳（1），中子与裂变涂层（3）作用后，产生的低能电子经引出电场到达偏转电场，被偏转电场偏转后进入电子倍增器件（8）并放大输出为中子信号；γ射线与涂层电极基底（2）和裂变涂层（3）作用后，产生的高能电子多数沿γ射线飞行方向离开偏转电场区域；涂层电极基底（2）引出中子和γ射线混合信号；γ射线次级电子屏蔽板（7）阻挡γ射线产生的少量高能电子进入电子倍增器件（8）。

说明书

技术领域

本实用新型属于辐射测量技术领域，具体涉及一种中子和γ射线联合探测器。

背景技术

在中子和γ射线混合辐射场中测量中子和γ射线信息，需要分别使用中子探测器和γ射线探测器，但无论是中子探测器还是γ射线探测器，对中子和γ射线两种粒子都有输出，在针对其中一种粒子进行测量时，另外一种即成为强干扰本底。论文Radiation Measurements 73 (2015) 46-50中公开的电流型“裂变-电子收集”中子探测器包括收集电极、八氧化三铀涂层和涂层电极基底。该中子探测器工作时，中子与八氧化三铀涂层中的铀发生核裂变反应并产生裂变碎片，裂变碎片在八氧化三铀涂层中运动产生次级电子，部分次级电子从涂层表面飞出到达收集电极，并通过收集电极输出的电信号大小来给出中子信号。但是，该中子探测器的灵敏度较低，其灵敏度在一定范围内随涂层厚度的增加而增加，提升灵敏度需要增加八氧化三铀涂层厚度。由于涂层的附着力随厚度增加而降低，涂层越厚越容易脱落，通过增加涂层厚度提升中子探测器灵敏度是受限的。而且，该中子探测器无γ射线探测功能，甚至混合辐射场中的γ射线从涂层电极基底中打出电子，电子产生的信号形成本底，会对中子测量造成严重干扰。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种中子和γ射线联合探测器。

本实用新型的中子和γ射线联合探测器，其特点是：所述的联合探测器包括外壳、涂层电极基底、裂变涂层、引出栅极、前偏转栅极、后偏转栅极、γ射线次级电子屏蔽板和电子倍增器件；所述的涂层电极基底、引出栅极、前偏转栅极和后偏转栅极位于辐射通道内，γ射线次级电子屏蔽板和电子倍增器件位于辐射通道外，前述的各部件均位于密封的外壳内，外壳内部保持真空环境；

所述的涂层电极基底和引出栅极平行放置在与中子和γ射线入射方向垂直的位置，裂变涂层涂覆在涂层电极基底与引出栅极相对的平面上；

所述的前偏转栅极和后偏转栅极放置在与中子和γ射线入射方向呈45°角的位置；

所述的电子倍增器件的电子入射平面与中子和γ射线入射方向平行，电子倍增器件的对称中心线穿过前偏转栅极的中心；

所述的γ射线次级电子屏蔽板位于涂层电极基底和电子倍增器件之间；

所述的涂层电极基底和γ射线次级电子屏蔽板为实心平板；所述的引出栅极、前偏转栅极和后偏转栅极为平面丝阵或平面网状结构；

所述的涂层电极基底的电压为零，引出栅极和前偏转栅极加载相同的正电压，后偏转栅极加载负电压，引出电场方向由引出栅极指向涂层电极基底，偏转电场方向由前偏转栅极指向后偏转栅极；

中子和γ射线穿过外壳，中子与裂变涂层作用后，产生的低能电子经引出电场到达偏转电场，被偏转电场偏转后进入电子倍增器件并放大输出为中子信号；γ射线与涂层电极基底和裂变涂层作用后，产生的高能电子多数沿γ射线飞行方向离开偏转电场区域；涂层电极基底引出中子和γ射线混合信号；γ射线次级电子屏蔽板阻挡γ射线产生的少数高能电子进入电子倍增器件。

γ射线来源于原子核的能级跃迁，能量主要分布在几十个keV到数个MeV，这些γ射线与物质相互作用产生的电子能量主要在几十个keV以上，是高能电子，其运动方向主要沿γ射线的飞行方向。另一方面，由裂变碎片产生的次级电子能量较低，从裂变图层表面逃逸的电子能量主要在几百eV以下，与γ射线产生电子的能量相差至少两个量级，是低能电子。较弱的电场（比如几kV），就可以使低能电子产生明显偏转，而同样的电场对于几十keV以上的高能电子的电子运行轨迹几乎没有影响，利用这个特点，能够将低能电子和高能电子有效分离。经偏转而出的中子信号电子可以利用电子倍增器件放大，如电子倍增器件微通道板（MCP）的增益在10³以上，能够有效提高中子测量灵敏度。

本实用新型的中子和γ射线联合探测器在中子和γ射线入射时，使用引出栅极将中子产生的低能电子引出并进入前偏转栅极和后偏转栅极之间的偏转电场，在偏转电场的作用下低能电子发生偏转进入电子倍增器件，电子倍增器件将中子信号放大输出。仅有中子入射时，涂层电极基底输出未经放大的原始中子信号，可通过中子源刻度实验同时获得原始中子信号和电子倍增器件输出的放大中子信号，来确定电子倍增器件的有效增益系数。在中子和γ射线混合辐射场中测量时，涂层电极基底输出中子和γ射线混合信号，利用电子倍增器件输出的中子信号和上述的增益系数，可得到涂层电极基底输出的原始中子信号，从中子和γ射线混合信号中将原始中子信号扣除即得到γ射线信号。

本实用新型的中子和γ射线联合探测器所涉及的各部件具体作用如下：

1.涂层电极基底，表面镀有裂变材料，位于辐射通道内，中子与其中的裂变材料发生核裂变反应产生裂变碎片，裂变碎片在裂变材料中运动产生次级电子，部分次级电子从裂变材料表面逃逸；引出栅极，位于辐射通道内，将从裂变材料逃逸的低能电子引出并加速，同时降低其能量和角度的离散，电子穿过引出栅极并以接近于垂直引出栅极平面的方向进入无电场区；前偏转栅极和后偏转栅极，均位于辐射通道内，前述的电子在前偏转栅极和后偏转栅极形成的偏转电场作用下偏转进入电子倍增器件；电子倍增器件，位于辐射通道外，将进入的电子进行倍增放大输出；γ射线次级电子屏蔽板，位于辐射通道外，阻挡γ射线从涂层电极基底及裂变涂层中打出的少数电子进入电子倍增器件。

2.涂层电极基底和γ射线次级电子屏蔽板为实心平板；引出栅极、前偏转栅极和后偏转栅极均为平面丝阵或平面网状结构，采用丝阵或网状结构具有有利于电子通过的作用，同时具有减少γ射线从其中打出电子的作用；裂变涂层，裂变材料以薄膜形式涂覆在涂层电极基底上。

3.涂层电极基底电压为零，引出栅极和前偏转栅极加正电压A，后偏转栅极加负电压B，引出电场由引出栅极指向涂层电极基底，偏转电场由前偏转栅极指向后偏转栅极。

4.涂层电极基底和电子倍增器件分别给出测量信号，电子倍增器件给出放大的中子信号，根据此放大的中子信号可以得到涂层电极基底输出的原始中子信号。涂层电极基底给出中子和γ射线混合信号，从混合信号中扣除原始中子信号得到γ射线信号。

综上所述，本实用新型的中子和γ射线联合探测器基于“裂变-电子收集”原理，利用偏转电场将中子产生的低能电子从γ射线产生的高能电子中分离出来，实现对中子和γ射线的分别测量；同时，对中子产生的电子进行放大，有效提高了中子测量的灵敏度。

附图说明

图1为本实用新型的中子和γ射线联合探测器结构示意图；

图中，1.外壳 2.涂层电极基底 3.裂变涂层 4.引出栅极 5.前偏转栅极 6.后偏转栅极 7.γ射线次级电子屏蔽板 8.电子倍增器件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。

如图1所示，中子和γ射线联合探测器包括外壳1、涂层电极基底2、裂变涂层3、引出栅极4、前偏转栅极5、后偏转栅极6、γ射线次级电子屏蔽板7和电子倍增器件8；所述的涂层电极基底2、引出栅极4、前偏转栅极5和后偏转栅极6位于辐射通道内，γ射线次级电子屏蔽板7和电子倍增器件8位于辐射通道外，前述的各部件均位于密封的外壳1内，外壳1内部保持真空环境；

所述的涂层电极基底2和引出栅极4平行放置在与中子和γ射线入射方向垂直的位置，裂变涂层3涂覆在涂层电极基底2与引出栅极4相对的平面上；

所述的前偏转栅极5和后偏转栅极6放置在与中子和γ射线入射方向呈45°角的位置；

所述的电子倍增器件8的电子入射平面与中子和γ射线入射方向平行，电子倍增器件8的对称中心线穿过前偏转栅极5的中心；

所述的γ射线次级电子屏蔽板7位于涂层电极基底2和电子倍增器件8之间；

所述的涂层电极基底2和γ射线次级电子屏蔽板7为实心平板；所述的引出栅极4、前偏转栅极5和后偏转栅极6为平面丝阵或平面网状结构；

所述的涂层电极基底2的电压为零，引出栅极4和前偏转栅极5加载相同的正电压，后偏转栅极6加载负电压，引出电场方向由引出栅极4指向涂层电极基底2，偏转电场方向由前偏转栅极5指向后偏转栅极6；

中子和γ射线穿过外壳1，中子与裂变涂层3作用后，产生的低能电子经引出电场到达偏转电场，被偏转电场偏转后进入电子倍增器件8并放大输出为中子信号；γ射线与涂层电极基底2和裂变涂层3作用后，产生的高能电子多数沿γ射线飞行方向离开偏转电场区域；涂层电极基底2引出中子和γ射线混合信号；γ射线次级电子屏蔽板7阻挡γ射线产生的少数高能电子进入电子倍增器件8。

实施例1

本实施例的外壳1为圆柱形，直径30cm，采用4mm厚的不锈钢，底面垂直于辐射通道方向；涂层电极基底2为圆片平板，采用0.05mm厚的铝，直径8cm，位于辐射通道内并与辐射通道方向垂直；裂变涂层3为直径5cm、厚度1μm的U₃O₈；引出栅极4为多根电极丝组成的正方形平面丝阵，丝阵平面平行于涂层电极基底2，到涂层电极基底2的距离为15mm，位于辐射通道内，电极丝直径0.05mm、长度8cm，间距1mm，材质为钨；前偏转栅极5和后偏转栅极6同样为正方形平面钨丝阵，钨丝直径0.05mm、长度为12cm；前、后偏转栅极均位于辐射通道内，其所在平面与引出栅极平面夹角均为45度。前偏转栅极5的中心到引出栅极4的中心距离为50mm，后偏转栅极6的中心到前偏转栅极5的中心距离为15mm。

电子倍增器件8为微通道板MCP，灵敏区直径为80mm，接收平面与中子和γ射线入射方向平行，对称中心线通过前偏转栅极5的中心，γ射线次级电子屏蔽板7为边长20mm的矩形铅平板，厚度为5mm，位于涂层电极基底2和电子倍增器件8之间，其平面与前偏转栅极5所在平面垂直。

涂层电极基底2电压为零，引出栅极4和前偏转栅极5接正4kV电压，后偏转栅极6接负1kV电压。从裂变涂层3中产生的中子信号电子，其能量在数百eV以下，经过4kV的电场引出，飞行方向接近垂直于引出栅极4的丝阵平面，自由飞行通过引出栅极4和前偏转栅极5之间的空间，进入前偏转栅极5和后偏转栅极6之间的电场，这两个电极之间电势差为5kV，电子在此电场中被偏转45度，再经过前偏转栅极5进入电子倍增器件8。

令涂层电极基底2输出的信号为T，电子倍增器件输出的信号为N，通过中子源刻度实验获得的电子倍增器件8对原始中子信号的增益系数为k，则在中子和γ射线混合辐射场中测量时，中子信号为N，γ射线信号G=T-N/k。

一种中子和γ射线联合探测器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。