基于CLYC的中子-γ复合探测电子学系统设计

发布时间：2020-10-29 15:04

　　 近年来,随着核科学和核技术的迅速发展,中子的应用已经不在局限于核领域,而是作为一门单独的学科广泛应用于农业、工业、医学、生物学、环境科学、地球化学和宇宙物理学等方面,作为这些应用中一项必不可少的工作,中子探测技术发挥着日益重要的作用。中子呈电中性,有很强的穿透能力,与物质作用时不能将其直接电离,因此对它的探测相对困难,目前只能借助其与原子核作用时产生的次级带电粒子来间接探测,并由此发展了核反应法、核反冲法、核裂变法和核激活法四种探测方法,研发了如BF3正比计数管、6Li玻璃、LiF/ZnS:Ag等探测器,但这些探测器由于自身性能限制已经无法满足人们对中子探测的需求,新型Cs2LiYCl6:Ce(CLYC)闪烁体探测器在这种情况下应运而生,它具有探测效率高、能量分辨率好、光产额高、可探测中子能量范围广和优异的中子、γ甄别性能等突出优点,在复杂辐射环境下可以同时取代现有的γ和中子探测器。基于此,本文开展了基于CLYC的中子、γ复合探测研究工作,主要研究内容及成果如下:1)介绍了中子按能量的分组、中子探测方法和常见的中子探测器,研究了CLYC闪烁体的物化性质和对中子-γ的探测原理等。2)采用荷兰SCIONIX公司封装的CLYC闪烁体探测器,依据其输出信号特征和测量要求,提出了基于CLYC的中子-γ复合探测电子学测量系统的总体技术方案。3)设计了硬件测量电路,主要包括阻抗匹配电路、程控增益电路、差分驱动电路、高速ADC采集电路和FPGA数字信号处理电路等,实现了模拟信号→数字信号→能谱数据的转化,然后通过USB将获取的能谱数据发送到上位机软件中进行处理,得出测量结果。4)研究了中子-γ甄别算法,选取合适的甄别方法实现了中子-γ的区分。5)系统测试与验证,系统设计完成后,对各部分电路功能进行了验证,对系统的性能进行了测试。本文开展的基于CLYC的中子-γ复合探测电子学系统设计,完成了系统的硬件测量电路、数字信号处理程序和相应的中子-γ甄别算法等工作。系统设计完成后首先对系统的各级电路功能进行了测试与验证,经测试,电路设计满足系统要求;然后采用22Na、137Cs、60Co、40K四个γ放射源和252Cf、241Am-Be两个中子源进行了实验测量,实验结果表明,本文设计的CLYC中子-γ辐射探测电子学系统性能达到放射性测量的要求(对γ射线的线性一致性较好,能量分辨率为5.17%@662ke V(137Cs)),采用脉冲幅度甄别法可以有效地实现中子、γ射线的甄别。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：O571.5
【部分图文】：

CLYC晶体实物图

图 2-2 CLYC 闪烁体晶体结构示意图部分物理化学和性能参数如表 2-4 所示表 2-4 CLYC 闪烁体部分物化性能参数Cs2LiYCl6:Ce (CLYC)640°C

2-3 CLYC 闪烁体对不同能量的 γ 射线的线性响，CLYC闪烁体的光产额很高，可达73,000 p当晶体中6Li 的同位素丰度达 95%时，其对 倍，CLYC 晶体与中子相互作用时衰减时 0.66（Bessiere, et al. 2005；杨帆 等，2009实现中子-γ 的区分。中有两种重要的同位素，即6Li 和35Cl。6Li 对时，发生以下反应：+6Li → α(2.05Mev) +3T(2.73 Mev) σ0=940截面积较大，适合对热中子的探测，反应能由于 CLYC 晶体对中子和 γ 射线的发光效率刻度以后，实际上全能峰的位置在 3.24Me 2-4 所示（Machrafi, et al. 2014）。
【参考文献】

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本文编号：2861070