本發(fā)明屬于輻射測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器。

背景技術(shù)：

用于中子數(shù)量實(shí)時(shí)測(cè)量的電流型探測(cè)器對(duì)中子和γ都會(huì)輸出電流，在中子-γ混合輻射場(chǎng)中測(cè)量中子，γ產(chǎn)生的電流形成本底，需要降低或排除其對(duì)中子信號(hào)的影響。

期刊論文Radiation Measurements 73 (2015) 46-50公開了一種電流型“裂變-電子收集”中子探測(cè)器，它包括外殼、收集電極、八氧化三鈾涂層和涂層電極。收集電極和涂層電極為圓形鋁金屬片，八氧化三鈾涂層以鍍膜形式附著于涂層電極上。外殼為圓柱形，用于保持真空環(huán)境并容納其它組件?！傲炎?電子收集”中子探測(cè)器的工作原理如下：中子與八氧化三鈾涂層中的鈾發(fā)生核裂變反應(yīng)并產(chǎn)生裂變碎片，裂變碎片在涂層中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生次級(jí)電子，部分次級(jí)電子從涂層表面飛出到達(dá)收集電極，“裂變-電子收集”中子探測(cè)器通過(guò)收集電極給出的電信號(hào)大小來(lái)測(cè)量中子數(shù)量。

期刊論文Radiation Measurements 73 (2015) 46-50指出，“裂變-電子收集”中子探測(cè)器的靈敏度較低，其靈敏度在一定范圍內(nèi)隨涂層厚度的增加而增加，提升靈敏度需要增加鍍膜厚度。由于鍍膜的附著力隨厚度增加而降低，鍍膜越厚越容易脫落，通過(guò)增加鍍膜厚度提升探測(cè)器靈敏度是受限的。此外，混合場(chǎng)中的γ射線從收集電極中打出電子，由此產(chǎn)生的信號(hào)形成本底，對(duì)中子測(cè)量造成干擾。

在現(xiàn)有技術(shù)中，電流型“裂變-電子收集”中子探測(cè)器的收集電極正對(duì)涂層，從涂層表面飛出的裂變碎片會(huì)造成不良影響。裂變碎片帶正電荷，被收集電極接收會(huì)造成信號(hào)輸出下降，裂變碎片同樣會(huì)從收集電極上打出電子，造成信號(hào)輸出的進(jìn)一步下降，進(jìn)而影響中子測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器。

本發(fā)明的基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器，包括外殼、收集電極和靈敏電極、其特點(diǎn)是還包括外部磁場(chǎng)；

所述的外殼為真空封閉的容器，容器的空腔中心放置收集電極，收集電極的表面與入射中子的輻射通道垂直；所述的收集電極中心開孔，孔徑略大于輻射通道的直徑，靈敏電極放置在孔中；所述的外部磁場(chǎng)的磁力部件分布在收集電極的外側(cè)，外部磁場(chǎng)籠罩收集電極和靈敏電極，磁場(chǎng)方向與收集電極表面平行；

靈敏電極材料為鈾合金，形狀為圓片形狀，圓片的直徑略小于輻射通道的直徑，圓片的表面與收集電極表面平行。

所述的收集電極的形狀為矩形，材料為金屬銅或鋁中的一種。

所述的外部磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)。

本發(fā)明的基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器采用鈾合金作為靈敏電極，將收集電極設(shè)置在輻射通道之外，與靈敏電極處于同一平面，使收集電極避開裂變碎片以及入射γ射線的影響，同時(shí)利用磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)分離中子產(chǎn)生的電子和γ射線產(chǎn)生的電子。

本發(fā)明的基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器采用鈾合金作為靈敏電極，不存在鍍膜脫落的問(wèn)題，可以最大限度的提高探測(cè)器對(duì)中子的靈敏度。中子輻射通常伴隨γ射線，γ射線來(lái)源于原子核的能級(jí)躍遷，能量分布在幾十個(gè)keV到幾個(gè)MeV，這些γ射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的電子能量基本在幾十個(gè)keV以上。另一方面，由裂變碎片產(chǎn)生的次級(jí)電子能量較低，從靈敏電極表面逃逸的電子能量主要在幾百eV，與γ射線產(chǎn)生電子的能量相差至少兩個(gè)量級(jí)。對(duì)于上述靈敏電極產(chǎn)生的電子（包含源于中子的電子和源于γ射線的電子），可以有效偏轉(zhuǎn)中子產(chǎn)生電子的磁場(chǎng)對(duì)γ射線產(chǎn)生電子的影響很小，即利用磁場(chǎng)可以有效分離來(lái)源于中子的電子和來(lái)源于γ的電子，從而基本排除γ射線本底。裂變碎片的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，上述磁場(chǎng)對(duì)其影響可忽略不計(jì)。由于收集電極與靈敏電極處于同一平面，裂變碎片無(wú)法到達(dá)收集電極，解決了裂變碎片自身以及碎片在收集電極上打出電子造成的信號(hào)下降問(wèn)題。

綜上所述，本發(fā)明的基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器能夠避免靈敏電極鈾鍍膜的不穩(wěn)定問(wèn)題和裂變碎片對(duì)測(cè)量結(jié)果的不良影響，將中子信號(hào)從γ本底中分離出來(lái)，可用于中子-γ混合輻射場(chǎng)中的中子測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為發(fā)明的基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖（正視圖）；

圖2為發(fā)明的基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖（俯視圖）；

圖中，1.外殼 2.收集電極 3.靈敏電極 4.N級(jí) 5. S級(jí)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

如圖1、2所示，本發(fā)明的一種基于裂變-電子收集原理的中子探測(cè)器，包括外殼1、收集電極2和靈敏電極3、其特點(diǎn)是還包括外部磁場(chǎng)；

所述的外殼1為真空封閉的容器，容器的空腔中心放置收集電極2，收集電極2的表面與入射中子的輻射通道垂直；所述的收集電極2的中心開孔，孔徑略大于輻射通道直徑，靈敏電極3放置在孔中；所述的外部磁場(chǎng)的磁力部件分布在收集電極2的外側(cè)，外部磁場(chǎng)籠罩收集電極2和靈敏電極3，磁場(chǎng)方向與收集電極2的表面平行；

靈敏電極3材料為鈾合金，形狀為圓片形狀，圓片的直徑略小于輻射通道的直徑，圓片的表面與收集電極2的表面平行。

所述的收集電極2的形狀為矩形，材料為金屬銅或鋁中的一種。

所述的外部磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的外殼1為圓柱形，直徑60cm，采用0.4mm厚的導(dǎo)磁不銹鋼。靈敏電極3材質(zhì)為鈾鈮合金，直徑5cm，厚度0.1mm。收集電極2采用中空正方形銅板，邊長(zhǎng)40cm，厚度0.1mm；中空部分為圓形，直徑5.5cm。穩(wěn)恒磁場(chǎng)由永磁鐵的N級(jí)4、S級(jí)5產(chǎn)生，強(qiáng)度10Gs，沿輻射通道方向和沿垂直輻射通道方向的覆蓋范圍均大于40cm。

電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的作用會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，中子產(chǎn)生的電子能量主要分布在幾百eV，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)設(shè)置針對(duì)能量1000eV以下的電子。對(duì)于10Gs的磁場(chǎng)，1000eV電子的偏轉(zhuǎn)軌道直徑為21.3cm由于1000eV電子的速度約為光速的6%，偏轉(zhuǎn)軌道計(jì)算考慮了相對(duì)論效應(yīng)。洛倫茲力的方向始終垂直于磁場(chǎng)方向，對(duì)于1000eV的電子，其沿垂直于磁場(chǎng)方向的最大偏轉(zhuǎn)距離為21.3cm，收集電極2的尺寸設(shè)置可以收集絕大部分來(lái)自于靈敏電極且由中子產(chǎn)生的電子。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的實(shí)施方式與實(shí)施例1基本相同，主要區(qū)別在于：收集電極2采用中空正方形鋁板，穩(wěn)恒磁場(chǎng)為電磁場(chǎng)。

收集電極2還可選用其他容易造型的固體導(dǎo)電金屬，如金、銀、鐵、鋅等。

本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。