Детектор и использующий его способ одновременного обнаружения гамма-излучения и нейтронов

Детектор и использующий его способ одновременного обнаружения гамма-излучения и нейтронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники, к которой относится изобретение

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к детектору для отслеживания радиоактивных веществ посредством обнаружения нейтронов и гамма-излучения.

2. Описание предшествующего уровня техники

Пропорциональная счетная трубка для ³He представляет собой один из наиболее распространенных нейтронных детекторов. Она представляет собой предпочтительный нейтронный детектор в таких областях, как измерение энергетического спектра нейтронов, отслеживание конкретного ядерного материала и отслеживание радиоактивного материала благодаря своим характеристикам высокой эффективности обнаружения и т.п.

Однако ресурсы газа ³He малы, и его добыча является ограниченной; таким образом, использование пропорциональной счетной трубки для ³He также является ограниченным. По этой причине настоящее изобретение предлагает новое устройство для обнаружения нейтронов и использующий его способ измерения, причем в детекторном устройстве согласно настоящему изобретению не требуется пропорциональная счетная трубка для ³He.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен детектор, включающий в себя:

детекторный кристалл, предназначенный для обнаружения падающего на него излучения;

множество замедляющих слоев, предназначенных для замедления нейтронов, поступающих в замедляющий слой; и

множество преобразовательных слоев, предназначенных для взаимодействия с вышеупомянутыми замедленными нейтронами;

при этом замедляющие слои и преобразовательные слои наложены друг на друга, причем замедляющие слои и преобразовательные слои расположены вне детекторного кристалла.

Предпочтительно замедляющий слой изготовлен из полиэтилена.

Предпочтительно преобразовательный слой изготовлен из меди или железа.

Предпочтительно детекторный кристалл изготовлен из йодида натрия.

Предпочтительно каждый замедляющий слой имеет толщину от 1 до 2 см.

Предпочтительно каждый преобразовательный слой имеет толщину от 1 до 4 мм.

Предпочтительно детекторный кристалл представляет собой прямоугольный параллелепипед, и детекторный кристалл имеет такую же площадь поверхности, как замедляющий слой или преобразовательный слой.

В соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения предложен способ одновременного обнаружения нейтронов и гамма-излучения, причем данный способ включает следующие этапы:

использование детектора согласно настоящему изобретению для обнаружения гамма-излучения;

обработка исходящих сигналов детектора;

анализ амплитуды импульсов вышеупомянутых сигналов для регистрации интенсивности потока нейтронов или гамма-излучения.

Предпочтительно если энергия находится в интервале от 3 до 8 МэВ, то излучение регистрируется как поток нейтронов; и если энергия составляет менее чем 3 МэВ, то оно регистрируется как гамма-излучение.

Предпочтительно если согласно анализу энергии излучения в гамма-области характеристический пик присутствует в гамма-области, то излучение регистрируется как гамма-излучение.

Описанные выше неспецифические варианты осуществления имеют по меньшей мере один или несколько из следующих полезных аспектов и преимуществ.

По сравнению с предшествующим уровнем техники материалы, составляющие детектор согласно настоящему изобретению, являются легкодоступными и имеют низкую стоимость. Кроме того, детектор согласно настоящему изобретению имеет более широкую сферу применения и относительно высокую чувствительность.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет передний вид сечения детектора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и

фиг. 2 представляет боковой вид сечения детектора, который проиллюстрирован на фиг. 1.

Подробное описание вариантов осуществления

Далее технические решения согласно настоящему изобретению будут описаны более подробно при рассмотрении варианта осуществления со ссылкой на фиг. 1-2 прилагаемых чертежей, причем одинаковые или аналогичные условные номера используются для обозначения одинаковых или аналогичных элементов по всему тексту настоящего описания. Данное разъяснение варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи предназначено для истолкования общей изобретательской идеи настоящего изобретения, и его не следует рассматривать в качестве ограничения настоящего изобретения.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, который представлен на фиг. 1 и 2, детектор включает в себя детекторный кристалл 1, многослойный замедлитель или множество замедляющих слоев 2 и многослойный преобразователь или множество преобразовательных слоев 3. Замедляющий слой 2 предназначен для замедления нейтронов, поступающих в замедлитель, и преобразовательный слой 3 предназначен для взаимодействия с вышеупомянутыми замедленными нейтронами. Детекторный кристалл 1 предназначен для обнаружения падающего на него излучения. Замедляющие слои 2 и преобразовательные слои 3 наложены друг на друга, причем замедляющие слои 2 и преобразовательные слои 3 расположены вне детекторного кристалла 1. Как представлено на фиг. 1, замедляющие слои 2 и преобразовательные слои 3 окружают детекторный кристалл 1.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления детекторный кристалл изготовлен из йодида натрия, и, разумеется, в качестве альтернативы, он может быть изготовлен из йодида цезия или бромида лантана. Детектор на основе йодида натрия имеет высокое разрешение по энергии. Кроме того, оказывается предпочтительным, чтобы замедляющий слой 2 был изготовлен из полиэтилена, который представляет собой идеальный материал для замедления нейтронов. Железо и медь представляют собой элементы, которые имеют относительно большое сечение реакции захвата тепловых нейтронов (для железной мишени σ_γ составляет 2,56; для медной мишени σ_γ составляет 3,78). Железо или медь может реагировать с тепловыми нейтронами, производя высокоэнергетическое гамма-излучение. Предпочтительный преобразовательный слой 3 изготовлен из железа или меди.

Как представлено на фиг. 1, предпочтительный детекторный кристалл 1 представляет собой прямоугольный параллелепипед. Детекторный кристалл 1 имеет такую же площадь поверхности, как замедляющий слой 2 или преобразовательный слой 3. Каждый замедляющий слой 2 имеет толщину от 1 до 2 см. Каждый преобразовательный слой 3 имеет толщину от 1 до 4 мм. Детекторный кристалл 1, замедляющие слои 2 и преобразовательные слои 3 совместно фиксированы посредством корпуса. Чередующееся расположение замедляющих слоев и преобразовательных слоев может повышать вероятность реакции захвата.

Принцип работы согласно настоящему изобретению заключается в следующем: нейтроны, которые поступают в замедлитель 2, сначала замедляются и превращаются в низкоэнергетические нейтроны, а после этого часть низкоэнергетических нейтронов поступает в преобразовательные слои 3 и реагирует с ними с определенной вероятностью, и в результате этого производится гамма-излучение, энергия которого составляет менее чем 8 МэВ. Это гамма-излучение обнаруживается детектором, сигнал которого обрабатывается и идентифицируется последующим контуром. Если энергия излучения составляет от 3 до 8 МэВ, то оно регистрируется как поток нейтронов. В качестве альтернативы, когда гамма-излучение поступает в детектор, его сигнал обрабатывается и идентифицируется последующим контуром, и если его энергия составляет менее чем 3 МэВ, то оно регистрируется как гамма-излучение (гамма-излучение, которое производит гамма-радиоактивные источники, имеет менее высокие энергии чем 3 МэВ).

В соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения настоящее изобретение также предлагает способ одновременного обнаружения нейтронов и гамма-излучения. Детектор согласно настоящему изобретению используется для обнаружения гамма-излучения. Сигналы от детектора обрабатываются. Энергия гамма-излучения анализируется, и определяются интенсивности потока нейтронов и гамма-излучения.

Предпочтительно если энергия излучения находится в интервале от 3 МэВ до 8 МэВ, то оно регистрируется как поток нейтронов; и если энергия излучения составляет менее чем 3 МэВ, то оно регистрируется как гамма-излучение.

В случае обычного гамма-излучения его энергия, как правило, составляет менее чем 3 МэВ. Исходящие сигналы от детектора разделяются на две области. Одна область, которая соответствует энергии, составляющей менее чем 3 МэВ, называется термином «гамма-область», и в ней фоновая скорость счета гамма-излучения является очень высокой. Другая область, которая соответствует энергии в интервале от 3 до 8 МэВ, называется термином «нейтронная область», и в ней фоновая скорость счета гамма-излучения является очень низкой. Хотя захватное гамма-излучение, у которого энергия составляет менее чем 3 МэВ, учитывается в гамма-области, его интенсивность составляет значительно меньше, чем фоновая интенсивность гамма-излучения в данной области. Таким образом, это практически не приводит к ложным сигналам в гамма-области. В случае захватного гамма-излучения, у которого энергия составляет более чем 3 МэВ, его интенсивность приблизительно равняется фоновой интенсивности гамма-излучения в данной области, и это вызывает сигнал в нейтронной области. В случае незахватного гамма-излучения, у которого энергия составляет менее чем 3 МэВ, оно будет учитываться в гамма-области. Хотя незахватное гамма-излучение, у которого энергия составляет более чем 3 МэВ, будет учитываться в нейтронной области, это практически не будет вызывать ложные сигналы в нейтронной области вследствие его очень низкой интенсивности.

Если нейтронный источник обладает очень высокой активностью, то захватное гамма-излучение, у которого энергия составляет менее чем 3 МэВ, будет иметь очень большую интенсивность. Таким образом, это будет вызывать ложный сигнал в гамма-области. Одно решение этой проблемы заключается в том, чтобы осуществлять энергетический спектральный анализ гамма-области. Поскольку захватное гамма-излучение имеет относительно размытое энергетическое распределение, оказывается затруднительным образование характеристического пика в энергетическом спектре в гамма-области. Даже если образуется характеристический пик, оказывается также возможным определение того, что гамма-излучение производится реакцией захвата нейтрона, согласно положению соответствующего пика. Когда сигнал образуется в гамма-области, если характеристический пик не может быть обнаружен в энергетическом спектре гамма-области, то это показывает, что вышеупомянутый сигнал вызывается нейтронным источником, имеющим высокую активность; если характеристический пик присутствует в энергетическом спектре гамма-области и принадлежит к гамма-радиоактивному источнику, то это показывает, что данный сигнал действительно вызывается гамма-радиоактивным источником.

Хотя выше иллюстрируются и разъясняются некоторые варианты осуществления общей идеи настоящего изобретения, для специалистов в данной области техники должно быть понятным, что в данные варианты осуществления могут быть внесены модификации и видоизменения без отклонения от принципов и существа общей идеи настоящего изобретения, объем которого определен в прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентах.

1. Детектор для отслеживания радиоактивных веществ, содержащий:детекторный кристалл, предназначенный для обнаружения падающего на него излучения;множество замедляющих слоев, предназначенных для замедления нейтронов, поступающих в замедляющий слой; имножество преобразовательных слоев, предназначенных для взаимодействия с замедленными нейтронами;при этом замедляющие слои и преобразовательные слои наложены друг на друга, причем замедляющие слои и преобразовательные слои расположены вне детекторного кристалла.

2. Детектор по п. 1, в котором замедляющий слой изготовлен из полиэтилена.

3. Детектор по п. 1, в котором преобразовательный слой изготовлен из меди или железа.

4. Детектор по п. 1, в котором детекторный кристалл изготовлен из йодида натрия.

5. Детектор по п. 1, в котором каждый замедляющий слой имеет толщину от 1 до 2 см.

6. Детектор по п. 1, в котором каждый преобразовательный слой имеет толщину от 1 до 4 мм.

7. Детектор по п. 1, в котором детекторный кристалл представляет собой прямоугольный параллелепипед, и детекторный кристалл имеет такую же площадь поверхности, как замедляющий слой или преобразовательный слой.

8. Способ одновременного обнаружения нейтронов и гамма-излучения, содержащий этапы, на которых:используют детектор по любому из пп. 1-7 для обнаружения гамма-излучения;обрабатывают исходящие сигналы детектора;анализируют амплитуду импульсов упомянутых сигналов для регистрации интенсивности потока нейтронов или гамма-излучения.

9. Способ по п. 8, в котором если энергия находится в интервале от 3 до 8 МэВ, то излучение регистрируется как поток нейтронов; и если энергия составляет менее чем 3 МэВ, то оно регистрируется как гамма-излучение.

10. Способ по п. 9, в котором если согласно анализу энергии излучения в гамма-области характеристический пик присутствует в гамма-области, то излучение регистрируется как гамма-излучение.