一種摻鈾光纖及其測(cè)量中子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輻射測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種摻鈾光纖及其測(cè)量中子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖，以傳導(dǎo)距離遠(yuǎn)、信號(hào)衰減小、通信容量大廣泛應(yīng)用于通信行業(yè)。光纖不僅能傳導(dǎo)光信號(hào)，在特殊條件下也能發(fā)射光子，同時(shí)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、布設(shè)方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此也倍受輻射測(cè)量行業(yè)的注意。
[0003]隨著核技術(shù)應(yīng)用的不斷推廣，需要中子監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所越來越多，當(dāng)需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域比較大或輻射場(chǎng)的不均勻性比較嚴(yán)重時(shí)，如使用傳統(tǒng)的中子探頭式區(qū)域監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，則需要布設(shè)的探頭數(shù)量較多，將使整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)非常高昂，而使用中子光纖技術(shù)完成同樣的工作則要低廉得多，同時(shí)，中子光纖還可以測(cè)量比較狹窄區(qū)域的中子輻射。
[0004]光纖的主要結(jié)構(gòu)一般可分為纖芯、包層、涂覆層、套層，其中起傳輸光子作用的是芯層，其構(gòu)成材料有石英、氟化玻璃、硫化玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PSt)、含氟透明樹脂或氘化PMMA等，這些材料與中子的反應(yīng)截面都比較小，因此一般的光纖不能直接用于測(cè)量中子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種可用于中子測(cè)量的摻鈾光纖，及其使用這種光纖測(cè)量中子的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種摻鈾光纖，包括纖芯、包層、涂覆層、套層，其中，在所述纖芯的材料中摻入含有鈾-235的原料，含有鈾-235的原料的摻入量占纖芯總質(zhì)量的10% -15%0
[0007]進(jìn)一步，如上所述的摻鈾光纖，其中，所述的含有鈾-235的原料可選取二氧化鈾或六氟化鈾，將含有鈾-235的原料按相應(yīng)比例摻入纖芯材料中，熔融狀態(tài)下充分混合。
[0008]上述摻鈾光纖測(cè)量中子的方法，將摻鈾光纖置于測(cè)量環(huán)境中，摻鈾光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號(hào)放大電路和脈沖記錄電路，入射中子與光纖中的鈾-235發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)能傳遞給光纖材料使其激發(fā)，退激時(shí)放出光子，光子經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆姳对龉?，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)后被信號(hào)放大電路放大并被脈沖記錄電路記錄，電脈沖的數(shù)量是正比于中子與鈾-235發(fā)生核反應(yīng)的次數(shù)，也就正比于入射中子數(shù)量，記錄單位時(shí)間的電脈沖信號(hào)量即可計(jì)算出中子的注量，實(shí)現(xiàn)中子注量的測(cè)量。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明將中子敏感物質(zhì)鈾摻入光纖的纖芯材料中，含鈾的材料可以有效的測(cè)量中子。這種采用光纖測(cè)量中子的方法造價(jià)低廉，應(yīng)用范圍廣，可方便的測(cè)量狹窄區(qū)域的中子輻射。
【附圖說明】
[0010]圖1是摻鈾光纖測(cè)量中子的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0012]中子能與很多物質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)，將光纖中摻入一定比例的中子敏感物質(zhì)后，入射中子與其反應(yīng)，反應(yīng)能傳遞給光纖材料使其激發(fā)，退激時(shí)放出光子，光子經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆姳都庸?，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大后被后續(xù)電路記錄。光子數(shù)量與材料吸收的能量成正比，而核反應(yīng)的反應(yīng)能一定，光子數(shù)量也就正比于中子數(shù)量。
[0013]235U在中子的轟擊下發(fā)生裂變，放出大約170Mev的能量，主要分配給兩個(gè)裂變碎片，因此含有鈾的材料能有效測(cè)量中子，方法是在制備纖芯時(shí)摻入一定比例的鈾材料，具體的摻入比例可由實(shí)驗(yàn)確定。含有鈾的材料可選取二氧化鈾或六氟化鈾的任意一種，或者也可以考慮選用兩種的混合材料。
[0014]本發(fā)明將光纖的纖芯中摻入235U，利用含有鈾的材料能有效測(cè)量中子。上述裂變反應(yīng)生成的裂變碎片會(huì)將能量損失在光纖材料中，使纖芯材料處于激發(fā)態(tài)，退激時(shí)必然會(huì)放出光子，光子數(shù)量正比于損失的能量，即裂變反應(yīng)的數(shù)量，也就正比于入射中子數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)的中子注量的測(cè)量，乘以注量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)可得到中子劑量當(dāng)量等輻射防護(hù)量。
[0015]一個(gè)中子最終形成的脈沖數(shù)量與摻鈾的比例、光電倍增管型號(hào)和光電倍增管工作狀態(tài)有關(guān)，在摻鈾比例確定、光電倍增管型號(hào)確定和光電倍增管電路設(shè)計(jì)完成的情況下，可用蒙特卡羅的方法模擬計(jì)算并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法來得到。
[0016]在纖芯材料中摻入鈾，必然會(huì)導(dǎo)致纖芯光傳導(dǎo)能力的減弱，但本發(fā)明的目的是中子測(cè)量，一般的應(yīng)用場(chǎng)合不會(huì)大于數(shù)十米的長(zhǎng)度，對(duì)光纖的光傳導(dǎo)能力要求不高，因此只要將鈾的比例控制在合理范圍內(nèi)就能滿足使用要求。
[0017]含有鈾-235的原料的摻入量占纖芯總質(zhì)量的10% -15%，此濃度范圍既可保證光纖測(cè)量中子時(shí)有較好的探測(cè)效率，也可使光纖還有一定的光傳導(dǎo)性能。先由小規(guī)模生產(chǎn)不同摻鈾比例的光纖，如纖芯材料中235u 02含量為10%、11%、…、15%，經(jīng)實(shí)驗(yàn)選取探測(cè)效率最高的摻硼比例作為今后生產(chǎn)的最佳比例。
[0018]實(shí)施例
[0019]摻鈾光纖包括纖芯、包層、涂覆層、套層，具體制備方法為將235U 02按相應(yīng)比例摻入到生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的原料(主要是Si02)中，加熱至熔融狀態(tài)，充分混合后制成光纖預(yù)制棒，后續(xù)的拋光、拉絲、涂覆等生產(chǎn)工藝和流程與一般光纖的生產(chǎn)工藝相同。
[0020]如圖1所示，上述摻鈾光纖測(cè)量中子的方法，將摻鈾光纖置于測(cè)量環(huán)境中，摻鈾光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號(hào)放大電路和脈沖記錄電路，入射中子與光纖中的鈾-235發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)能傳遞給光纖材料使其激發(fā)，退激時(shí)放出光子，光子經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆姳对龉?，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)后被信號(hào)放大電路放大并記錄，而這個(gè)電脈沖的數(shù)量是正比于中子與鈾-235發(fā)生核反應(yīng)的次數(shù)的，也就正比于入射中子數(shù)量，記錄單位時(shí)間的電脈沖信號(hào)量即可計(jì)算出中子的注量，實(shí)現(xiàn)中子注量的測(cè)量。一個(gè)中子最終形成的脈沖數(shù)量與摻鈾的比例、光電倍增管型號(hào)和光電倍增管工作狀態(tài)有關(guān)，在摻鈾比例確定、光電倍增管型號(hào)確定和光電倍增管電路設(shè)計(jì)完成的情況下，可用蒙特卡羅的方法模擬計(jì)算并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法來得到。
[0021]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種摻鈾光纖，包括纖芯、包層、涂覆層、套層，其特征在于:在所述纖芯的材料中摻入含有鈾-235的原料，含有鈾-235的原料的摻入量占纖芯總質(zhì)量的10% -15%。2.如權(quán)利要求1所述的摻鈾光纖，其特征在于:所述的含有鈾-235的原料可選取二氧化鈾或六氟化鈾，將含有鈾-235的原料按相應(yīng)比例摻入纖芯材料中，熔融狀態(tài)下充分混入口 ο3.采用權(quán)利要求1或2所述摻鈾光纖測(cè)量中子的方法，其特征在于:將摻鈾光纖置于測(cè)量環(huán)境中，摻鈾光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號(hào)放大電路和脈沖記錄電路，入射中子與光纖中的鈾-235發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)能傳遞給光纖材料使其激發(fā)，退激時(shí)放出光子，光子經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆姳对龉埽D(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)后被信號(hào)放大電路放大并被脈沖記錄電路記錄，電脈沖的數(shù)量是正比于中子與鈾-235發(fā)生核反應(yīng)的次數(shù)，也就正比于入射中子數(shù)量，記錄單位時(shí)間的電脈沖信號(hào)量即可計(jì)算出中子的注量，實(shí)現(xiàn)中子注量的測(cè)量。
【專利摘要】本發(fā)明屬于輻射測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種摻鈾光纖及其測(cè)量中子的方法。將摻鈾光纖置于測(cè)量環(huán)境中，摻鈾光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號(hào)放大電路，入射中子與光纖中的鈾-235發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)能傳遞給光纖材料使其激發(fā)，退激時(shí)放出光子，光子經(jīng)光纖傳輸?shù)焦怆姳都庸?，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后被信號(hào)放大電路放大并記錄，根據(jù)光子數(shù)量正比于中子數(shù)量的原理，實(shí)現(xiàn)中子注量的測(cè)量。
【IPC分類】G02B6/02, G01T3/00
【公開號(hào)】CN105467507
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410458492
【發(fā)明人】劉建忠, 王勇, 任俊, 宋嘉濤, 楊明明, 李建偉, 于潛, 趙迎喜
【申請(qǐng)人】中國(guó)輻射防護(hù)研究院
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2014年9月10日