He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，屬于輻射測(cè)量領(lǐng)域?，F(xiàn)有的方法中，3He正比計(jì)數(shù)器在低能段的響應(yīng)明顯高于國(guó)際放射委員會(huì)（ICRP）74號(hào)出版物給出的注量劑量轉(zhuǎn)換曲線，如不加以補(bǔ)償，會(huì)給實(shí)際測(cè)量工作帶來較大的誤差。本發(fā)明所述的方法在3He正比計(jì)數(shù)器外包裹一層含硼聚乙烯的薄片，所述的含硼聚乙烯薄片表面打有一定數(shù)量的孔洞。采用本發(fā)明所述的方法能夠?qū)崿F(xiàn)低能補(bǔ)償，有效改善3He正比計(jì)數(shù)器對(duì)低能中子的響應(yīng)。
【專利說明】
含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]3He正比計(jì)數(shù)器以其探測(cè)效率高、使用方便而廣泛應(yīng)用于中子的測(cè)量活動(dòng)中。3He正比計(jì)數(shù)器是以3He (n，P) T反應(yīng)對(duì)中子進(jìn)行探測(cè)的，3He氣體與中子的反應(yīng)截面與中子能量相關(guān)，以熱中子為最高(5330靶)，隨著中子能量的升高，反應(yīng)截面呈下降趨勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，3He正比計(jì)數(shù)器在低能段的響應(yīng)明顯高于國(guó)際放射委員會(huì)(ICRP) 74號(hào)出版物給出的注量劑量轉(zhuǎn)換曲線，如不加以補(bǔ)償，會(huì)給實(shí)際測(cè)量工作帶來較大的誤差。ICRP74號(hào)出版物給出的注量劑量轉(zhuǎn)換曲線和未經(jīng)補(bǔ)償?shù)?He正比計(jì)數(shù)器能量響應(yīng)曲線對(duì)比如圖1所示，從圖1中可明顯看出，兩條在中子能量低能段有較大的差異。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)低能補(bǔ)償，有效改善3He正比計(jì)數(shù)器對(duì)低能中子的響應(yīng)。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，包括以下步驟:在3He正比計(jì)數(shù)器外包裹一層含硼聚乙烯的薄片，所述的含硼聚乙烯薄片表面打有一定數(shù)量的孔洞。
[0005]進(jìn)一步，所述的含硼聚乙烯薄片的厚度在3?10 mm范圍內(nèi)，優(yōu)選的厚度在6?7mm范圍內(nèi)。
[0006]進(jìn)一步，所述的孔洞的直徑為2?10 mm,優(yōu)選的孔洞的直徑為3?4 mm。
[0007]進(jìn)一步，所述的孔洞的總面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的10?20%，優(yōu)選的，所述的孔洞的總面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的14?15%。
[0008]進(jìn)一步，所述的含硼聚乙烯薄片直接包裹在正比計(jì)數(shù)器外。
[0009]進(jìn)一步，所述的含硼聚乙烯薄片與正比計(jì)數(shù)器間填充有慢化材料，所述的含硼聚乙烯薄片與3He正比計(jì)數(shù)器之間的距離不超過30 mm。
[0010]進(jìn)一步，使用含硼聚乙烯制成薄片，其厚度用蒙卡的方法計(jì)算后確定，并將含硼聚乙烯薄片加工成與探測(cè)器相似形狀，孔的直徑和數(shù)量也用蒙卡的方法計(jì)算后確定。
[0011]本發(fā)明的效果在于:采用本發(fā)明所述的方法，實(shí)現(xiàn)了低能補(bǔ)償，有效改善3He正比計(jì)數(shù)器對(duì)低能中子的響應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是注量劑量轉(zhuǎn)換曲線和未經(jīng)補(bǔ)償?shù)哪芰宽憫?yīng)曲線對(duì)比圖；
[0013]圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例1中含硼聚乙烯筒的形狀示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例1中注量劑量轉(zhuǎn)換曲線和補(bǔ)償后的能量響應(yīng)曲線對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0016]實(shí)現(xiàn)低能補(bǔ)償有兩種方法:一是降低探測(cè)器在低能段中子的響應(yīng)；二是降低低能段中子的數(shù)量。本發(fā)明是采用第二種方法達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> [0017]10B與中子的反應(yīng)截面較高，和熱中子的截面是3840靶，因此含有kiB的材料能有效吸收低能段中子，方法是在3He正比計(jì)數(shù)器外包裹一層含有kiB的聚乙烯材料，為使3He正比計(jì)數(shù)器的低能段響應(yīng)不至于過低，含硼聚乙烯表面打有一定數(shù)量的孔洞。
[0018]含硼聚乙烯的厚度、孔的數(shù)量和直徑等參數(shù)可以用實(shí)驗(yàn)或模擬計(jì)算兩種方法確定。由于通過實(shí)驗(yàn)的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且只能在有限的幾個(gè)能量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此本專利的各項(xiàng)參數(shù)是由模擬計(jì)算的方式給出的。常用的蒙卡模擬計(jì)算程序都能使用，如MCNP、Geant4、FLUKA等，本專利的參數(shù)是使用MCNP計(jì)算得到的，程序的版本是4C。首先在儀器適用的中子能量范圍，計(jì)算經(jīng)過慢化后到達(dá)含硼聚乙烯處的中子注量，在MCNP輸入文件中調(diào)整含硼聚乙烯厚度使所有的熱中子都會(huì)被吸收。在含硼聚乙烯上打孔，在輸入文件中調(diào)整孔的直徑大小和數(shù)量多少，在結(jié)果中挑選一個(gè)最優(yōu)的方案，使其響應(yīng)與ICRP 74號(hào)出版物給出的注量劑量轉(zhuǎn)換曲線盡量貼近。
[0019]本實(shí)施例中，根據(jù)3He正比計(jì)數(shù)器的形狀，按照上述計(jì)算得到的厚度、孔洞直徑和數(shù)量，將含硼聚乙烯薄片加工成能罩住3He正比計(jì)數(shù)器的形狀和大小，孔洞應(yīng)均勻分布在含硼聚乙烯薄片上。
[0020]含硼聚乙烯薄片的厚度通常在3?10 mm，優(yōu)選為6?7 mm，含硼聚乙烯薄片上均勻打有Φ 2?10 mm的孔，孔的直徑優(yōu)選為3?4 mm，孔洞面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的10?20%，優(yōu)選為14?15%。
[0021]含硼聚乙烯薄片可以直接包裹在正比計(jì)數(shù)器外，也可以與正比計(jì)數(shù)器間有一定的間隙(這個(gè)間隙中可以填充慢化材料)，但不應(yīng)使含硼聚乙烯與3He正比計(jì)數(shù)器距離過大，所述的含硼聚乙烯薄片與3He正比計(jì)數(shù)器之間的距離一般不宜超過30 mm,以使中子能夠充分慢化。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例中，利用表面打孔的含硼聚乙烯材料來壓低3He正比計(jì)數(shù)器的低能段響應(yīng)，使計(jì)數(shù)器在0.025?20Mev能量區(qū)間內(nèi)的響應(yīng)與ICRP74號(hào)出版物給出的注量劑量轉(zhuǎn)換曲線更加貼近，有效降低測(cè)量的不確定度。
[0024]測(cè)量時(shí)，能量較高的中子先經(jīng)聚乙烯慢化，中子能量逐步降低直至降到熱中子，慢化后的中子進(jìn)入探測(cè)器與3He發(fā)生反應(yīng)放出質(zhì)子，質(zhì)子在向負(fù)極運(yùn)動(dòng)的過程中在電子學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖，完成對(duì)中子的測(cè)量。
[0025]不同能量的中子慢化到熱中子的慢化距離是不一樣的，總體而言是能量較低的中子需要的慢化距離短，能量較高的中子需要較長(zhǎng)的慢化距離；對(duì)固定距離的慢化體來說，能量較低的中子慢化成熱中子的比例高，能量高的中子被慢化成熱中子的比例較低，造成探測(cè)器對(duì)低能中子的過響應(yīng)。
[0026]改善3He正比計(jì)數(shù)器對(duì)低能中子響應(yīng)的關(guān)鍵是降低熱中子的數(shù)量，將含硼聚乙烯材料做成薄片并包裹在3He正比計(jì)數(shù)器外，能有效降低進(jìn)入計(jì)數(shù)管的熱中子數(shù)量。由于kiB的中子反應(yīng)截面較高，為不至于吸收掉過多的中子，含硼聚乙烯薄片應(yīng)打有一定數(shù)量的孔洞。
[0027]以圓柱形3He正比計(jì)數(shù)器為例，計(jì)數(shù)管外面包裹了一層含硼5%、厚度6 mm的含硼聚乙烯，含硼聚乙烯上均勻打有Φ3ιμ的孔，孔洞面積占整個(gè)含硼聚乙烯面積的15%，含硼聚乙烯筒的形狀如圖2所示，計(jì)算得到如圖3所示的能量響應(yīng)。
[0028]對(duì)比圖1和圖3可以看出，補(bǔ)償后的能量響應(yīng)曲線在低能段有明顯的改善，如在中子能量為100ev時(shí)，ICRP給出的注量劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)是7.9，而未經(jīng)補(bǔ)償?shù)?He正比計(jì)數(shù)器的響應(yīng)高達(dá)109.7，補(bǔ)償后降為37.01，改善效果顯著。
[0029]實(shí)施例2
[0030]本實(shí)施例中，含硼聚乙烯薄片材料層的厚為3 mm，含硼聚乙烯薄片上均勻打有φ2mm的孔，孔洞面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的12%。
[0031]含硼聚乙烯薄片與正比計(jì)數(shù)器間有一定的間隙，這個(gè)間隙中填充慢化材料，所述的含硼聚乙烯薄片與3He正比計(jì)數(shù)器之間的距離為30 mm,以使中子能夠充分慢化。
[0032]實(shí)施例3
[0033]本實(shí)施例中，含硼聚乙烯薄片材料層的厚為10 mm，含硼聚乙烯薄片上均勻打有φ 10 mm的孔，孔洞面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的20%。
[0034]含硼聚乙烯薄片與正比計(jì)數(shù)器間有一定的間隙，這個(gè)間隙中填充慢化材料，所述的含硼聚乙烯薄片與3He正比計(jì)數(shù)器之間的距離為2 mm。
[0035]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明所述的方法并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，包括以下步驟:在3He正比計(jì)數(shù)器外包裹一層含硼聚乙烯的薄片，所述的含硼聚乙烯薄片表面打有一定數(shù)量的孔洞。
2.如權(quán)利要求1所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:所述的含硼聚乙烯薄片的厚度在3?10 mm之間。
3.如權(quán)利要求2所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:所述的含硼聚乙烯薄片的厚度在6?7 mm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:在含硼聚乙烯薄片上均勻打有直徑為2?10 mm的孔洞。
5.如權(quán)利要求4所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:孔洞的直徑為3?4 mm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:所述孔洞的總面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的10?20%。
7.如權(quán)利要求6所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:所述孔洞的總面積占整個(gè)含硼聚乙烯薄片面積的14?15%。
8.如權(quán)利要求1所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:所述的含硼聚乙烯薄片直接包裹在正比計(jì)數(shù)器外。
9.如權(quán)利要求1所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:所述的含硼聚乙烯薄片與正比計(jì)數(shù)器之間填充有慢化材料，所述的含硼聚乙烯薄片與3He正比計(jì)數(shù)器之間的距離不超過30 mm。
10.如權(quán)利要求1所述的一種含硼聚乙烯補(bǔ)償3He正比計(jì)數(shù)器中子能量響應(yīng)的方法，其特征是:使用含硼聚乙烯制成薄片，其厚度用蒙卡的方法計(jì)算后確定，并將含硼聚乙烯加工成與探測(cè)器相同的形狀，并將含硼聚乙烯包裹在中子探測(cè)器外面，孔洞的直徑和數(shù)量也用蒙卡的方法計(jì)算后確定。
【文檔編號(hào)】G01V3/00GK104516023SQ201310445498
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】劉建忠, 王勇, 劉倍, 徐園, 劉惠英 申請(qǐng)人:中國(guó)輻射防護(hù)研究院