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CN113687406A - 脉冲中子发射时间探测器 - Google Patents

脉冲中子发射时间探测器 Download PDF

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CN113687406A
CN113687406A CN202111111117.3A CN202111111117A CN113687406A CN 113687406 A CN113687406 A CN 113687406A CN 202111111117 A CN202111111117 A CN 202111111117A CN 113687406 A CN113687406 A CN 113687406A
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China
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time detector
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CN202111111117.3A
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唐琦
宋仔峰
刘品阳
刘中杰
肖云青
易涛
余波
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Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
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Abstract

本发明公开了一种脉冲中子发射时间探测器，包括光纤束，所述光纤束的前端连接有闪烁体，后端连接有光电倍增管，光电倍增管的外部环套有避光壳，所述光纤束的后端安装有夹持环，该夹持环的周向外部连接有压盖，所述压盖与避光壳螺纹拧接，以使所述夹持环抱紧所述光纤束，并迫使光纤束后端与光电倍增管持续耦合；所述压盖和避光壳的外部设有铅屏蔽套，所述光纤束朝远离光电倍增管的方向延伸，以使所述闪烁体远离光电倍增管。本发明的有益效果是：大幅降低了x射线和伽马射线在光电倍增管中的噪声信号，显著地提升了信噪比。

Description

脉冲中子发射时间探测器
技术领域
本发明属于中子探测技术领域，具体涉及一种脉冲中子发射时间探测器。
背景技术
由闪烁体、光收集部件和光电转换器相结合制成的闪烁探测器是一种常见的辐射探测器，当粒子进入闪烁体时，闪烁体的原子或分子受激而产生荧光，光收集部件使荧光射到光电转换器并打出光电子，然后光电子直接或经过倍增后即可转换成电信号输出。
当以脉冲中子作为辐射源时，需要闪烁体将中子信号转换为光信号，由于脉冲中子源通常都伴有x射线、伽马射线等其他辐射，而PMT(光电倍增管)对x射线和伽马射线都有响应，因此产生的噪声信号会影响测量信号的时间判读。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种脉冲中子发射时间探测器，能够大幅降低x射线和伽马射线在光电倍增管中的噪声信号，提升信噪比。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种脉冲中子发射时间探测器，包括光纤束，所述光纤束的前端连接有闪烁体，后端连接有光电倍增管，其关键在于：所述光电倍增管的外部环套有避光壳，所述光纤束的后端安装有夹持环，该夹持环的周向外部连接有压盖，所述压盖与避光壳螺纹拧接，以使所述夹持环抱紧所述光纤束，并迫使光纤束后端与光电倍增管持续耦合；所述压盖和避光壳的外部设有铅屏蔽套，所述光纤束朝远离光电倍增管的方向延伸，以使所述闪烁体远离光电倍增管。
采用上述结构，将闪烁体和光电倍增管分开设计，可以对光电倍增管使用厚铅单独进行屏蔽，在不影响闪烁体中信号，不增大探头体积的情况下，大幅降低x射线和伽马射线在PMT中的噪声信号，提升信噪比。同时，通过压盖和夹持环来固定光纤束，还具有装配方便、可靠性好、稳定性高的技术优势。
作为优选：所述夹持环的外部设有沿其轴向对称分布的第一锥形环面和第二锥形环面，所述压盖具有与第一锥形环面相适应的第一内孔，所述避光壳前端设有与第二锥形环面相适应的第二内孔。所述夹持环在第一锥形环面上环形分布有第一弱化缺口，在第二锥形环面上环形分布有第二弱化缺口，所述第一弱化缺口与第二弱化缺口错开设置。采用上述结构，有助于将光纤束抱紧，并能够确保光纤束与PMT之间的耦合不会发生松动。
作为优选：所述光纤束后端与光电倍增管之间抵接有滤光片。采用上述结构，能够在信号强度过强时将光进行衰减到合适的强度。
作为优选：所述避光壳包括螺纹连接的第一连接段和第二连接段，其中，所述第二连接段环套在光电倍增管外部，第一连接段环套在所述滤光片和夹持环外部，第一连接段在靠近滤光片的位置设有限位台阶。采用上述结构，有助于探测器装配。
作为优选：所述闪烁体外部包裹有铅屏蔽层。采用上述结构，能够屏蔽x光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、探测器前端探头占用空间小，可以放置到距离中子源很近的位置，提高探测器的测量立体角。
2、采用闪烁体和光电倍增管(PMT)分开的设计，可以对光电倍增管使用厚铅单独进行屏蔽，在不影响闪烁体中信号，以及不增大探头体积的前提下，大幅降低了x射线和伽马射线在光电倍增管中的噪声信号，显著地提升了信噪比。
附图说明
图1为脉冲中子发射时间探测器的剖视图；
图2为夹持环的结构示意图；
图3为压盖的剖视图；
图4为避光壳的剖视图；
图5为脉冲中子发射时间探测器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1和5所示，一种脉冲中子发射时间探测器，其结构包括由前至后依次连接的闪烁体9、光纤束1和光电倍增管7，其中，光电倍增管7优选为微通道板型光电倍增管，其外部设有铝制的避光壳4，光纤束1的后端套设有夹持环2，夹持环2的周向外部连接有压盖3，压盖3与避光壳4螺纹拧接，压盖3和避光壳4的外部设有4cm厚度的铅屏蔽套5。
再如图2、3和4所示，夹持环2的外部设有沿其轴向对称分布的第一锥形环面2a和第二锥形环面2b，第一锥形环面2a和第二锥形环面2b的倾斜方向相反且对称，压盖3具有与第一锥形环面2a相适应的第一内孔3a，避光壳4前端设有与第二锥形环面2b相适应的第二内孔4a，基于该结构设计，压盖3与避光壳4螺纹拧接时，倾斜的第一内孔3a和第二内孔4a能够迫使夹持环2向内收缩，从而将光纤束1夹紧，与此同时，这样的装配方式也能够使光纤束1后端与光电倍增管7之间的耦合不会发生松动，保持持续良好的接触。
请参图5，光纤束1的长度不少于1m，本实施例优选为1m，光纤束1朝远离光电倍增管7的方向延伸，从而使光纤束1前端的闪烁体9远离光电倍增管7，将闪烁体9和光电倍增管7分开设计，并对光电倍增管7使用铅屏蔽套5单独进行屏蔽，在不影响闪烁体9中信号，以及不增大探头体积的前提下，大幅降低了x射线和伽马射线在光电倍增管7中的噪声信号，显著地提升了信噪比。除此之外，向前延伸的光纤束1使探测器前端探头占用空间很小，可以放置到距离中子源很近的位置，提高探测器的测量立体角。
再如图3所示，为了保证夹持环2能够向内收缩并抱紧光纤束1，在第一锥形环面2a上环形分布有第一弱化缺口2d，在第二锥形环面2b上环形分布有第二弱化缺口2c，第一弱化缺口2d与第二弱化缺口2c错开设置。
光纤束1后端与光电倍增管7之间可拆卸地安装有滤光片6，滤光片6为中性密度滤光片，能够在信号强度过强时将光进行衰减到合适的强度。为了方便安装并固定滤光片6，避光壳4由螺纹连接的第一连接段41和第二连接段42组成，其中，第二连接段42环套在光电倍增管7外部，第一连接段41环套在滤光片6和夹持环2外部，第一连接段41在靠近滤光片6的位置设有限位台阶4b，第一连接段41拧接在第二连接段42上后，限位台阶4b将滤光片6固定在光电倍增管7的端面上。
为了方便将探测器后端固定在对应的支撑结构上，在铅屏蔽套5的外部设有外固定套8，外固定套8由螺纹连接的第一固定段8a和第二固定段8b组成。
请参图1，在本实施例中，闪烁体9的厚度优选在1-2mm，闪烁体9前端包裹有1cm厚的铅屏蔽层10，用以屏蔽x光。
脉冲中子发射时间探测器的工作原理为：
探测器工作时，首先由探测器前端闪烁体9将到达探测器的中子信号转变为光信号，光纤束1将光信号传输到光电倍增管中，光电倍增管将光信号转换为电信号，电信号通过电缆传输到示波器等记录设备进行信号记录。该探测器具有快速的时间响应，其上升时间在700ps左右，探测器的定时精度好于50ps。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲中子发射时间探测器，包括光纤束(1)，所述光纤束(1)的前端连接有闪烁体(9)，后端连接有光电倍增管(7)，其特征在于：所述光电倍增管(7)的外部环套有避光壳(4)，所述光纤束(1)的后端安装有夹持环(2)，该夹持环(2)的周向外部连接有压盖(3)，所述压盖(3)与避光壳(4)螺纹拧接，以使所述夹持环(2)抱紧所述光纤束(1)，并迫使光纤束(1)后端与光电倍增管(7)持续耦合；
所述压盖(3)和避光壳(4)的外部设有铅屏蔽套(5)，所述光纤束(1)朝远离光电倍增管(7)的方向延伸，以使所述闪烁体(9)远离光电倍增管(7)。
2.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述夹持环(2)的外部设有沿其轴向对称分布的第一锥形环面(2a)和第二锥形环面(2b)，所述压盖(3)具有与第一锥形环面(2a)相适应的第一内孔(3a)，所述避光壳(4)前端设有与第二锥形环面(2b)相适应的第二内孔(4a)。
3.根据权利要求2所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述夹持环(2)在第一锥形环面(2a)上环形分布有第一弱化缺口(2d)，在第二锥形环面(2b)上环形分布有第二弱化缺口(2c)，所述第一弱化缺口(2d)与第二弱化缺口(2c)错开设置。
4.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述光纤束(1)后端与光电倍增管(7)之间抵接有滤光片(6)。
5.根据权利要求4所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述避光壳(4)包括螺纹连接的第一连接段(41)和第二连接段(42)，其中，所述第二连接段(42)环套在光电倍增管(7)外部，第一连接段(41)环套在所述滤光片(6)和夹持环(2)外部，第一连接段(41)在靠近滤光片(6)的位置设有限位台阶(4b)。
6.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述铅屏蔽套(5)的外部设有外固定套(8)，外固定套(8)由螺纹连接的第一固定段(8a)和第二固定段(8b)组成。
7.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述避光壳(4)采用铝壳制成。
8.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述闪烁体(9)外部包裹有铅屏蔽层(10)。
9.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述光电倍增管(7)为微通道板型光电倍增管。
10.根据权利要求1所述的脉冲中子发射时间探测器，其特征在于：所述光纤束(1)的长度大于等于1m。
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