中子束流位置探測儀的製作方法

2023-05-07 14:31:56 1

專利名稱：中子束流位置探測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及中子束流定位技術，具體涉及一種中子束流位置探測儀。
背景技術：
反應堆孔道引出的中子束流強度非常大(IO5-IO1VZcm2)，因此需要對它的飛行路徑進行精確定位。傳統的用於定位中子束流的探測器只有位置靈敏探測器和手持式中子探測儀以及膠片成像。位置靈敏探測器優點是束流強度靈敏度非常高，但是由於受電子學和測量死時間的影響，只能測量< 105n/cm2的中子通量，最優空間分辨只有2mm左右。商業的手持式中子探測儀主要用於探測環境散射中子的位置，其優點是可非常直觀的目視中子流的位置(中子打在探測面上就發光)，但是由於受手柄限制(15cm)，近距離探測強束流將會非常危險，且成像的區域有限(尺寸約3-5cm)。膠片成像的方法最精確分辨可達0. 1mm，但是需要進行約1小時的曝光和顯影時間，因此具體束流位置未知的情況下，定位效率較低。

實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術的缺陷，提供一種採用CCD中子成像方法來實時精確定位強中子束流的探測儀，從而大幅提高定位的效率和安全性。本實用新型的技術方案如下一種中子束流位置探測儀，包括用於將中子影像轉化成可見光影像的閃爍屏，閃爍屏後側設有用於將可見光折射到相機的反射鏡，反射鏡折射的光線經過鏡頭匯聚到CCD相機，其中，所述的反射鏡共有兩塊，兩塊反射鏡平行設置且與閃爍屏形成一定的夾角；閃爍屏和第一反射鏡設置於探測頭腔內，第二反射鏡設置在探測腔的後端，鏡頭和CCD相機位於相機腔內；探測頭腔、探測腔、相機腔順次連接，並共同設置在移動平臺上。進一步，如上所述的中子束流位置探測儀，其中，所述的探測頭腔與探測腔之間， 以及探測腔與相機腔之間均通過凹槽和凸槽相互扣合連接。進一步，如上所述的中子束流位置探測儀，其中，兩塊反射鏡與閃爍屏之間均呈 45°夾角。進一步，如上所述的中子束流位置探測儀，其中，所述的CCD相機四周用鉛板包圍。進一步，如上所述的中子束流位置探測儀，其中，所述的移動平臺包括水平平移臺和垂直平移臺，連接後的探測頭腔、探測腔和相機腔設置在水平平移臺上，水平平移臺設置在垂直平移臺上。更進一步，如上所述的中子束流位置探測儀，其中，所述的水平平移臺採用電機帶動絲槓的形式進行傳動；所述的垂直平移臺由通過轉軸相互交叉連接的兩個支撐架構成， 支撐架的上下分別設有頂板和底板，兩個支撐架的底端分別與底板以可轉動的方式連接， 在頂板的底面設有電機驅動的絲槓，其中一個支撐架的頂端與絲槓實現螺紋連接。本實用新型的有益效果如下本實用新型所提供的中子束流定位裝置以CCD中子成像技術為基礎，再輔以二維的移動底座，可對105n/cm2以上的中子通量進行測量，定位精度可達0. 1mm，探測範圍尺寸可達15cm，曝光時間在1分鐘以內，完全滿足中子強束流的實時精確定位要求。整個裝置使用模塊化設計，可滿足不同測量環境的空間要求。

圖1為中子束流位置探測儀的原理圖；圖2為中子束流位置探測儀的結構示意圖；圖3-1、圖3-2、圖3-3為中子束流位置探測儀的多種組裝方式示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。中子束流位置探測儀的原理如圖1所示，中子束流照射到閃爍屏1上，閃爍屏1將中子影像轉化成可見光影像，閃爍屏1後側設有用於將可見光折射到相機的反射鏡，所述的反射鏡共有兩塊，兩塊反射鏡2、3平行設置且與閃爍屏形成一定的夾角，兩次折射可極大地降低本底，反射鏡2、3折射的光線經過鏡頭4匯聚到CXD相機5。中子束流位置探測儀的具體結構如圖2所示，閃爍屏1和第一反射鏡2設置於探測頭腔10內，第二反射鏡3設置在探測腔20的後端，鏡頭4和CXD相機5位於相機腔30 內；探測頭腔10、探測腔20、相機腔30順次連接，並共同設置在移動平臺上。三個腔體的框架均為2cm*2cm的鋁合金型材，表面蒙上Imm厚鋁皮。腔體間由鋁製方形凹槽和凸槽相扣連接，這樣便於模塊化搭建。閃爍屏1使用Li6F或SiS材料，使中子影像轉化為可見光影像，面積約10cm*10cm， 厚度約0.4mm，襯底為2mm厚度的鋁板。閃爍屏依靠4個角上的螺母固定在探測頭腔框架上。第一反射鏡2使可見光90度折射到探測腔中。這樣能避免直射束照射。第一反射鏡面積約10cm*15cm，厚度約0. 3 μ m鋁膜鍍在3mm厚的單晶矽片上，表面再鍍上IOnm厚 Si02保護層，平面鏡需達到90%以上的反射率。平面鏡固定在與閃爍屏成45°角的平面上。第二反射鏡3尺寸與作用和第一反射鏡2相同。同樣固定在與閃爍屏1成45°角的平面上。兩個反射鏡的設計能大大減低Y輻射本底對相機的影響。鏡頭4為焦徑比1.4，焦距85mm的定焦鏡頭，能很好的滿足光路設計要求。C⑶相機的分辨為科學級CCD相機，相機四周被2cm厚的用於降低、輻射的鉛板包圍， 底座與相機腔用調節板連接，通過調節調節板的三個螺絲可調節相機軸線與閃爍屏平面垂直。整個探測腔體固定在可精確定位、行程為40cm的電動水平平移臺上，使用連接板連接，水平平移臺採用電機帶動絲槓的形式進行傳動。水平平移臺固定在可精確定位、行程為20cm的電動垂直平移臺上。垂直平移臺由通過轉軸相互交叉連接的兩個支撐架構成，支撐架的上下分別設有頂板和底板，兩個支撐架的底端分別與底板以可轉動的方式連接(如通過轉軸連接)，在頂板的底面設有電機驅動的絲槓，其中一個支撐架的頂端與絲槓實現螺紋連接，通過電機驅動來改變頂板底面交叉的支撐架之間的距離，來實現交叉支撐架之間的角度變化，從而改變平移臺的高度。由於本實用新型使用模塊化設計，這樣可實現不同的組裝方式，滿足不同的測量環境對空間的要求。示例性的組裝結構如圖3-1、圖3-2、圖3-3所示，當然並不限於上述三幅附圖中所表示的組裝方式。各種組裝都可以通過凹槽和凸槽的相互扣合來實現，操作非常方便。本實用新型測量時間的計算如下一個被測中子在晶片上產生的光子數為npe = n0gnLenCCDne/[4F(m+1) ]2/5 = 3. 3*105/[4F(m+1) ]2/5 = 60其中η 0g兩個鏡子反射率取0. 82 ；η Le透鏡透射率取0. 98 ；η ccdCCD 量子效應取 0. 9 ；ne閃爍屏吸收一個中子在4 π方向發出的光子數，取4. 53*105 ；F透鏡焦距/直徑，取1.8;m 縮小倍數(l。bj/lCCD = m)取 100/27. 6。CCD晶片上每個像素的光子數/s為Npe = IXD2X nsXnpe/pixel/s其中，I為束流中子通量，以106n/Cm2/S為例；D為每個像素測量的閃爍屏區域尺寸以lOcm/lOM為例；ns為閃爍屏探測效率，以15%為例；則CCD晶片上每秒鐘每個像素的光子數Npe = 860個。考慮到每張圖片像素需要2000左右計數，需要5張同樣的圖片進行減噪處理。所以一次實驗測量時間只需 2000/860*5 = 12 秒。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若對本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其同等技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求1.一種中子束流位置探測儀，包括用於將中子影像轉化成可見光影像的閃爍屏(1)， 閃爍屏(1)後側設有用於將可見光折射到相機的反射鏡0、3)，反射鏡折射的光線經過鏡頭(4)匯聚到CCD相機(5)，其特徵在於所述的反射鏡共有兩塊，兩塊反射鏡(2、3)平行設置且與閃爍屏(1)形成一定的夾角；閃爍屏(1)和第一反射鏡(2)設置於探測頭腔(10) 內，第二反射鏡(3)設置在探測腔(20)的後端，鏡頭(4)和CCD相機(5)位於相機腔(30) 內；探測頭腔(10)、探測腔(20)、相機腔(30)順次連接，並共同設置在移動平臺上。
2.如權利要求1所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於所述的探測頭腔(10)與探測腔00)之間，以及探測腔00)與相機腔(30)之間均通過凹槽和凸槽相互扣合連接。
3.如權利要求1或2所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於兩塊反射鏡0、3)與閃爍屏(1)之間均呈45°夾角。
4.如權利要求1所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於所述的CCD相機四周用鉛板包圍。
5.如權利要求1所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於所述的移動平臺包括水平平移臺(6)和垂直平移臺(7)，連接後的探測頭腔、探測腔和相機腔設置在水平平移臺(6) 上，水平平移臺(6)設置在垂直平移臺(7)上。
6.如權利要求5所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於所述的水平平移臺(6)採用電機帶動絲槓的形式進行傳動。
7.如權利要求5所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於所述的垂直平移臺(7)由通過轉軸相互交叉連接的兩個支撐架構成，支撐架的上下分別設有頂板和底板，兩個支撐架的底端分別與底板以可轉動的方式連接，在頂板的底面設有電機驅動的絲槓，其中一個支撐架的頂端與絲槓實現螺紋連接。
8.如權利要求1所述的中子束流位置探測儀，其特徵在於所述的閃爍屏(1)為Li6F 或SiS材料。
專利摘要本實用新型涉及中子束流定位技術，具體涉及一種中子束流位置探測儀。其結構包括用於將中子影像轉化成可見光影像的閃爍屏，閃爍屏後側設有用於將可見光折射到相機的反射鏡，反射鏡折射的光線經過鏡頭匯聚到CCD相機，其中，所述的反射鏡共有兩塊，兩塊反射鏡平行設置且與閃爍屏形成一定的夾角；閃爍屏和第一反射鏡設置於探測頭腔內，第二反射鏡設置在探測腔的後端，鏡頭和CCD相機位於相機腔內；探測頭腔、探測腔、相機腔順次連接，並共同設置在移動平臺上。本實用新型使用模塊化設計，可滿足不同測量環境的空間要求，且能夠大幅提高定位的效率和安全性。
文檔編號G01T3/06GK202102119SQ20112022170
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者劉蘊韜, 吳立齊, 武梅梅, 王洪立, 王雨, 賀林峰, 郝麗傑, 陳東風, 韓松柏, 魏國海 申請人:中國原子能科學研究院