專利名稱：中子劑量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中子劑量計(jì)，該中子劑量計(jì)檢測諸如在核反應(yīng)堆和粒子加速器設(shè) 施中的涉及中子照射的各種泄漏中子場所的中子能量，并且顯示周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量 當(dāng)量)作為實(shí)用量(operational quantity)。
背景技術(shù)：
1990年在ICRP建議中引入了表示中子照射對(duì)人體的影響程度的有效劑量。然而， 因?yàn)檫@些有效劑量是不能夠直接測量的量，因此已經(jīng)設(shè)計(jì)了與有效劑量相對(duì)應(yīng)的實(shí)用量。 隨著實(shí)用量的建立，法律規(guī)定了周圍劑量當(dāng)量的測量。 在這種測量中使用了便攜式中子劑量計(jì)(通常稱為REM計(jì)數(shù)器)。中子劑量計(jì)從 入射熱中子并從能量比熱中子高的中高速中子獲得檢測信號(hào)，并對(duì)該檢測信號(hào)執(zhí)行信號(hào)處 理，將結(jié)果轉(zhuǎn)換成能夠從指示器立即讀出的周圍劑量當(dāng)量，使得能夠直接讀出周圍劑量當(dāng) 量。這種中子劑量計(jì)包括熱中子檢測器。作為熱中子檢測器，使用了BF3比例計(jì)數(shù)器、力e比 例計(jì)數(shù)器以及SLil(Eu)閃爍檢測器等。 參照


現(xiàn)有技術(shù)的這種中子劑量計(jì)。圖17是現(xiàn)有技術(shù)的中子劑量計(jì)的示 圖，其中，圖17中(a)示出了現(xiàn)有技術(shù)的第一示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖17中(b)示出了現(xiàn)有技 術(shù)的第二示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，17中(c)示出了現(xiàn)有技術(shù)的第三示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而17中(d) 示出了現(xiàn)有技術(shù)的第四示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 圖17中(a)所示現(xiàn)有技術(shù)的第一示例的中子劑量計(jì)100是使用了 BF3比例計(jì)數(shù) 器101的示例；該B^比例計(jì)數(shù)器101的周圍以多層結(jié)構(gòu)覆蓋有聚乙烯減速劑102，進(jìn)一步 覆蓋有作為中子吸收劑的硼塑性材料103，最后覆蓋有聚乙烯減速劑104。速率計(jì)105通過 指示器(未示出)顯示對(duì)檢測信號(hào)進(jìn)行演算之后的周圍劑量當(dāng)量。 圖17中(b)所示現(xiàn)有技術(shù)的第二示例的中子劑量計(jì)200是使用了 6LiI (Eu)閃爍 檢測器的示例；6LiI (Eu)閃爍檢測器包括SLil (Eu)閃爍器201和光電倍增管202。 6LiI (Eu) 閃爍器201的周圍覆蓋有聚乙烯減速劑204并且其間具有聚乙烯盤203，進(jìn)一步覆蓋有作為 中子吸收劑的鎘205，并且最后整體覆蓋有聚乙烯減速劑206。光電倍增管202覆蓋有聚乙 烯材料207。聚乙烯減速劑206形成球形，并且光電倍增管202通過保持環(huán)208保持聚乙烯 減速劑206。 圖17中(c)所示現(xiàn)有技術(shù)的第三示例的中子劑量計(jì)300是使用了 3He比例計(jì)數(shù) 器301的示例；該^e比例計(jì)數(shù)器301的周圍以多層結(jié)構(gòu)覆蓋有聚乙烯減速劑302，進(jìn)一步 覆蓋有中子吸收劑303，最后覆蓋有聚乙烯減速劑304。通過信號(hào)處理部305對(duì)檢測信號(hào)進(jìn) 行演算之后，通過操作面板306的指示器(未示出)顯示周圍劑量當(dāng)量。利用大部分材料 以球形形成最外部的聚乙烯減速劑304。 圖17中(d)所示現(xiàn)有技術(shù)的第四示例的中子劑量計(jì)400是使用了 3He比例計(jì)數(shù) 器401的示例；該^e比例計(jì)數(shù)器401以多層結(jié)構(gòu)覆蓋有聚乙烯減速劑402，進(jìn)一步覆蓋有 中子吸收劑403，最后覆蓋有聚乙烯減速劑404。通過信號(hào)處理部405對(duì)檢測信號(hào)進(jìn)行演算
3之后，通過外部指示器(未示出)顯示周圍劑量當(dāng)量。大致以球形形成最外部聚乙烯材料 404。 接著，將說明在第一到第四示例的各示例中用聚乙烯材料覆蓋檢測位置的原因。 為了更具體地說明，考慮BF3比例計(jì)數(shù)器和3He比例計(jì)數(shù)器的示例。BF3比例計(jì)數(shù)器和3He比 例計(jì)數(shù)器檢測中子的原理涉及當(dāng)通過在入射熱中子與比例計(jì)數(shù)器中封裝的氣體(BF3，3He) 之間的核反應(yīng)產(chǎn)生的該封裝氣體(BF3，3He)被帶電粒子電離時(shí)獲得脈沖形狀的檢測信號(hào)。
下面說明這種比例計(jì)數(shù)器的響應(yīng)。圖18是示出了比例計(jì)數(shù)器的響應(yīng)對(duì)中子能量 的特征圖。這種比例計(jì)數(shù)器對(duì)中子的靈敏度在從熱中子到中高能中子的九個(gè)數(shù)量級(jí)的中 子能量上延伸；但是如圖18所示，與整個(gè)能量范圍(從0. 025eV到15MeV(大約9個(gè)數(shù)量 級(jí)))上的響應(yīng)相比，部分能量范圍(10eV到幾百keV(大約4個(gè)數(shù)量級(jí)))的響應(yīng)下降到大 約1/10到1/1000。該特征由封裝氣體(BF3，3He)的中子反應(yīng)截面決定。因此在單個(gè)比例 計(jì)數(shù)器中，與中子能量無關(guān)地輸出恒定脈沖高度，如圖19中混合氣體檢測器的輸出的特征 圖中所示，并且不進(jìn)一步修正，靈敏度是無法令人滿意的。 因此，為了獲取在從10eV到幾百keV(大約4個(gè)數(shù)量級(jí))的該部分能量范圍內(nèi)具 有改進(jìn)的響應(yīng)的中子劑量計(jì)，在比例計(jì)數(shù)器的周圍圍繞有聚乙烯減速劑。因?yàn)榫垡蚁p速 劑通過彈性散射將中高速中子轉(zhuǎn)換成熱中子，因此比例計(jì)數(shù)器也能夠檢測入射的中高速中 子。 此外，通過在聚乙烯減速劑中適當(dāng)設(shè)置鎘(Cd)、硼(B)或其他中子吸收材料，使得 作為指示熱中子檢測器的靈敏度的靈敏度特性(單位積分通量的計(jì)數(shù)率)的中子能量響應(yīng) 特性接近法律規(guī)定的中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線。該 中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線是按照中子能量繪制的這 樣一種轉(zhuǎn)換系數(shù)的曲線，例如可以是類似于圖20所示的粗曲線的曲線，該轉(zhuǎn)換系數(shù)用于將 針對(duì)某一中子能量檢測到的中子積分通量轉(zhuǎn)換成周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)。該圖20 是示出了中子能量的檢測靈敏度響應(yīng)特性曲線和ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線的說明圖。在圖 20中，帶有單位的該中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線示為 ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線。 通過基于這種中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線轉(zhuǎn) 換來自組合了比例計(jì)數(shù)器和聚乙烯減速劑的熱中子檢測器的檢測信號(hào)，可以在中子劑量計(jì) 中從表示每單位積分通量的計(jì)數(shù)率的檢測信號(hào)直接讀出周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)。利 用該熱中子檢測器的中子劑量計(jì)被廣泛地商業(yè)銷售，并且可用于涉及到中子照射的各種環(huán) 境。在現(xiàn)有技術(shù)的采用了SLil(Eu)閃爍檢測器的中子劑量計(jì)中，也基于類似原理檢測熱中 子?，F(xiàn)有技術(shù)的中子劑量計(jì)100到400就是這種裝置。 作為現(xiàn)有技術(shù)的另一種技術(shù)，例如，已知本申請人和本發(fā)明人的專利文獻(xiàn)l(日本 專利申請?zhí)亻_2007-218657，發(fā)明名稱中性子検出器扭J:"中性子線量計(jì)(中子檢測器和 中子劑量計(jì)))中公開的發(fā)明。 在專利文獻(xiàn)1中，包括封裝有通過以預(yù)定混合比混合氮?dú)夂陀袡C(jī)化合物氣體而制 備的氣體混合物的比例計(jì)數(shù)器；該中子檢測器設(shè)計(jì)成使得作為比例計(jì)數(shù)器的檢測靈敏度的 中子能量響應(yīng)特性接近有關(guān)防止輻射傷害的法律(關(guān)于防止由于放射性同位元素等造成 的輻射危害的法律)規(guī)定的中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線。而且，在該中子劑量計(jì)中，對(duì)從該中子檢測器輸出的檢測信號(hào)進(jìn)行處理，并顯示作為實(shí) 用量的周圍劑量當(dāng)量。 此外，作為另一現(xiàn)有技術(shù)，例如已知專利文獻(xiàn)2(日本專利申請?zhí)亻_2006-275602， 發(fā)明名稱高-才、&年'一中性子、光子及"$ ^ —才> ^對(duì)t 3高感度線量測定方法(高 能中子、光子和P介子的高靈敏度劑量測量方法)中公開的發(fā)明。 在專利文獻(xiàn)2中，通過光電倍增管將檢測器(其中組合了有機(jī)液體閃爍器和包含 了鋰-6的含銀硫化鋅片狀閃爍器)發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)然后分成多個(gè)信號(hào)，利用數(shù)字波 形分析裝置分析各支路信號(hào)的電壓，以確定入射在檢測器上的輻射的類型和發(fā)光量；通過 利用將與各輻射類型相對(duì)應(yīng)的發(fā)光量轉(zhuǎn)換成劑量的算子(operator)，實(shí)時(shí)并高靈敏度地測 量中子、光子和P介子劑量。 專利文獻(xiàn)1 :日本專利申請?zhí)亻_2007-218657，對(duì)應(yīng)于美國專利申請12/034， 552 ;
專利文獻(xiàn)2 :日本專利申請?zhí)亻_2006-275602。 如圖17中(a)所示，現(xiàn)有技術(shù)中利用了BF3比例計(jì)數(shù)器的中子劑量計(jì)的聚乙烯104 尺寸較大，直徑超過了 20cm，從而該中子劑量計(jì)100又大又重。 而且，如圖17中(b)所示，現(xiàn)有技術(shù)中利用了 6LiI(Eu)閃爍檢測器的中子劑量計(jì) 的聚乙烯減速劑206尺寸較大，直徑為20cm或30cm，從而該中子劑量計(jì)200也是又大又重。
此外，圖17中(c)和圖17中(d)中所示的現(xiàn)有技術(shù)中利用了 3He比例計(jì)數(shù)管的 中子劑量計(jì)的聚乙烯材料304、404尺寸都較大，直徑超過了 20cm，從而中子劑量計(jì)300、400 也是又大又重。 如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用具有大約20cm的尺寸的聚乙烯減速劑，從而重量 超過10kg，并且即使較輕的裝置重量也大約8kg。作為便攜式用于攜帶的中子劑量計(jì)，近 10kg的重量成了嚴(yán)重的問題，因?yàn)槭褂迷撗b置極其困難。 此外，在現(xiàn)有技術(shù)的中子劑量計(jì)中，使得中子能量-響應(yīng)特征接近于法律規(guī)定的 中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線；但實(shí)際上不是必須實(shí)現(xiàn)該 接近。對(duì)此，如上述圖20中所示，表示了熱中子檢測器的靈敏度的能量特征(計(jì)算值，實(shí)驗(yàn) 值)在leV以下和100keV以上與中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線(中子積分通量-周 圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線)非常一致；但是，在leV到100keV范圍內(nèi)存 在嚴(yán)重的過高估計(jì)。因此在現(xiàn)有技術(shù)中，中子能量_響應(yīng)特征中存在與法律規(guī)定的中子積 分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線中的趨勢不同的區(qū)域，從而存在接 近卻不一定令人滿意的問題。 此外，在專利文獻(xiàn)1中公開的中子劑量計(jì)中，中子檢測器可以通過新的檢測原理 在從熱中子到中高速中子的寬范圍檢測中子能量，并且還具有與法律規(guī)定的中子積分通量 與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線緊密匹配的檢測靈敏度，而且，與諸如圖 17中(a)、圖17中(b)、圖17中(c)和圖17中(d)所公開的那些中子檢測器的現(xiàn)有中子檢 測器的檢測靈敏度相比，尤其在從leV到100keV的區(qū)間上具有更好的特征。此外，該中子 檢測器還具有對(duì)中高速中子的檢測靈敏度，并且通過下述實(shí)現(xiàn)較輕的重量將現(xiàn)有技術(shù)中 對(duì)中高速中子進(jìn)行減速并產(chǎn)生熱中子的減速劑的使用抑制到最小，并還使中子檢測器的檢 測靈敏度與與中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線緊密匹配，并 且將熱中子吸收材料的使用抑制到最小。
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這樣，專利文獻(xiàn)1中公開的中子劑量計(jì)作為中子劑量優(yōu)勢在于減速劑的量減小并 且重量輕了大約2kg或更少；但是存在進(jìn)一步減小重量的需求。可以想到，為了實(shí)現(xiàn)可能的 最輕重量，可以取消減速劑，并且當(dāng)關(guān)心檢測靈敏度時(shí)，可以執(zhí)行對(duì)檢測信號(hào)的信號(hào)處理， 以使得檢測靈敏度和中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線一致； 但是，在專利文獻(xiàn)l公開的中子劑量計(jì)的情況下，當(dāng)利用脈沖高度鑒別器(鑒別電路)獲取 脈沖高度時(shí)，存在由于電路噪聲及由Y射線產(chǎn)生的信號(hào)噪聲導(dǎo)致的測量下限值。當(dāng)沒有減 速劑時(shí)，例如，在從10eV到幾百keV(大約4個(gè)數(shù)量級(jí))的部分能量范圍內(nèi)，檢測靈敏度下 降，類似于圖19所示的特征，并且在該區(qū)域中，出現(xiàn)脈沖高度鑒別器(鑒別電路)不能檢測 的情況，從而發(fā)現(xiàn)，如果在專利文獻(xiàn)1公開的中子劑量計(jì)中消除減速劑，并且單獨(dú)使用有機(jī) 氣體混合物，則存在不能以良好的準(zhǔn)確度測量部分能量范圍(10eV到幾百keV (大約4個(gè)數(shù) 量級(jí)))內(nèi)的中子的實(shí)際困難。 并且，在專利文獻(xiàn)2公開的組合了有機(jī)液體閃爍器和包含了鋰_6的含銀硫化鋅片
狀閃爍器的檢測器的情況下，根據(jù)使用液體的事實(shí)，顯然難以實(shí)現(xiàn)重量輕。 為了實(shí)現(xiàn)重量輕的這種中子劑量計(jì)，探索了但還沒有被應(yīng)用的新的原理。具體地
說，如果不使用減速劑，檢測器的檢測靈敏度偏離具有非常接近中子積分通量與周圍劑量
當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)的積分通量
能量_響應(yīng)特征的檢測靈敏度(此后稱為目標(biāo)檢測靈敏度)，從而需要考慮進(jìn)行補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這樣一種中子劑量計(jì)，S卩，不使用檢測用減速劑從而能 夠顯著減小重量，并且既使當(dāng)由于沒有減速劑導(dǎo)致實(shí)際檢測靈敏度與目標(biāo)檢測靈敏度偏離 時(shí)該中子劑量計(jì)也能夠通過信號(hào)處理執(zhí)行補(bǔ)償。 為了解決上述問題，本發(fā)明的中子劑量計(jì)包括混合氣體檢測器，該混合氣體檢測 器封裝了包含氮?dú)夂陀袡C(jī)化合物氣體的氣體混合物，所述氮?dú)獾幕旌媳萢與所述有機(jī)化 合物氣體的混合比P的和為1時(shí)所述氣體混合物的氮?dú)獾幕旌媳萢為0. 05《a《0. 25 而所述氣體混合物的有機(jī)化合物氣體的混合比P為1.0-a ，此時(shí)，并且響應(yīng)于中子檢測， 所述混合氣體檢測器輸出具有與所檢測到的中子的能量相對(duì)應(yīng)的脈沖高度的檢測脈沖信 號(hào)；放大器，其將從所述混合氣體檢測器輸出的檢測脈沖信號(hào)放大到預(yù)定脈沖高度等級(jí)； A/D轉(zhuǎn)換部，其將從所述放大器輸出的檢測脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成檢測脈沖數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)校正部，在 該數(shù)據(jù)校正部中按照脈沖高度等級(jí)L登記了 G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)，并且所述數(shù)據(jù)校正部將從所述 A/D轉(zhuǎn)換部輸出的檢測脈沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成與所述脈沖高度等級(jí)L相對(duì)應(yīng)的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)；劑 量當(dāng)量演算部，該劑量當(dāng)量演算部按照峰值等級(jí)對(duì)從所述數(shù)據(jù)校正部輸出的G(L)函數(shù)數(shù) 據(jù)項(xiàng)的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，并按照脈沖高度等級(jí)生成計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，按照脈沖高度等級(jí)將G(L)函數(shù) 數(shù)據(jù)與計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)相乘以生成按照峰值等級(jí)的乘積數(shù)據(jù)，并將全部所述按照峰值等級(jí)的乘積 數(shù)據(jù)相加，以輸出周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)數(shù)據(jù)；以及顯示部，該顯示部利用周圍劑量 當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)數(shù)據(jù)以顯示周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)；并且使用G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)， 使得當(dāng)沿水平軸繪制中子能量并沿垂直軸繪制周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)時(shí)，特征的趨 勢接近中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)。
此外，優(yōu)選的是，本發(fā)明的中子劑量計(jì)利用甲烷氣體作為有機(jī)化合物氣體，并且，
所述氮?dú)獾幕旌媳葹閍 = 0.20，而所述甲烷氣體的混合比為13 =0.80。 此外，優(yōu)選的是，在本發(fā)明的中子劑量計(jì)中，所述混合氣體檢測器中封裝的氣體混
合物的內(nèi)部壓強(qiáng)為0. 1大氣壓(0. OlMPa)以上且25個(gè)大氣壓(2. 5MPa)以下。 此外，為了針對(duì)入射中子的從0.025eV到15MeV的整個(gè)中子能量范圍中從10eV到
400keV的中子能量執(zhí)行校正，本發(fā)明的中子劑量計(jì)的數(shù)據(jù)校正部在輸入了具有400keV以
下的峰值等級(jí)的檢測脈沖數(shù)據(jù)時(shí)丟棄該檢測脈沖數(shù)據(jù)，并且，所述數(shù)據(jù)校正部在輸入了具
有400keV到15MeV的脈沖高度等級(jí)的檢測脈沖數(shù)據(jù)時(shí)輸出按照峰值等級(jí)校正了的G' (L)
函數(shù)數(shù)據(jù)；所述劑量當(dāng)量演算部按照峰值等級(jí)將校正了的G' (L)函數(shù)數(shù)據(jù)與所述計(jì)數(shù)數(shù)
據(jù)相乘以生成針對(duì)從400keV到15MeV的峰值的乘積數(shù)據(jù)，并輸出全部針對(duì)從400keV到
15MeV的峰值的乘積數(shù)據(jù)的和的數(shù)據(jù)，作為周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)數(shù)據(jù)。

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的中子劑量計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2包括(a)、(b)和(c);圖2中(a)示出了說明混合氣體檢測器(空心圓柱型) 的立體視圖，圖2中(b)示出了說明混和氣體檢測器(空心圓柱型)的正視圖，而圖2中 (c)示出了說明混和氣體檢測器(空心圓柱型)的剖視圖； 圖3包括(a)和(b);圖3中(a)示出了數(shù)據(jù)校正部的詳圖，而圖3中(b)示出了 劑量當(dāng)量演算部的詳圖； 圖4是入射在混合氣體檢測器上的100keV以下的中子能量對(duì)中子數(shù)的特征圖；
圖5是100keV以下的中子能量與計(jì)數(shù)的特征圖； 圖6是示出入射在混合氣體檢測器上的100keV以上的中子能量與中子數(shù)的特征 圖； 圖7是示出100keV以上的中子能量與計(jì)數(shù)的特征圖； 圖8是示出了混合氣體檢測器的響應(yīng)與中子能量(測量結(jié)果)的特征圖； 圖9是示出有機(jī)氣體混合物的按照混合比的特征的特征圖； 圖10是輻射劑量速率隨與中子源的距離而變化的特征圖； 圖11是統(tǒng)計(jì)誤差與輻射劑量速率的特征圖； 圖12是示出有機(jī)氣體混合物的按照混合比的特征的特征圖； 圖13是示出了背景中子(從宇宙射線得到)的能量譜的特征圖； 圖14示出了當(dāng)由高能量加速器(800MeV)產(chǎn)生的中子通過混凝土屏蔽件(實(shí)際近
場)時(shí)的中子能量譜； 圖15示出了 252Cf中子束源產(chǎn)生的中子能量譜和存在屏蔽件的場(實(shí)際近場) 的中子能量譜； 圖16是輸出峰值L的G(L)和G' (L)的特征圖； 圖17示出了現(xiàn)有技術(shù)的中子劑量計(jì)的說明圖，其中，圖17中的(a)示出了現(xiàn)有技 術(shù)的第一示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖17中(b)示出了現(xiàn)有技術(shù)的第二示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，17中(c) 示出了現(xiàn)有技術(shù)的第三示例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而17中(d)示出了現(xiàn)有技術(shù)的第四示例的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)；
圖18是示出了正比計(jì)數(shù)管的響應(yīng)與中子能量的特征圖； 圖19是示出了正比計(jì)數(shù)管的響應(yīng)與中子能量的特征圖；以及 圖20是說明檢測敏感度與中子能量的響應(yīng)曲線和H*(10)響應(yīng)曲線的說明圖。
具體實(shí)施例方式
接著，參照附圖，說明用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。首先，說明中子劑量計(jì)1 的電路結(jié)構(gòu)。圖l是本實(shí)施方式的中子劑量計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2說明了混合氣體檢測器 (空心圓柱型)，其中，圖2中(a)為立體視圖，圖2中(b)為正視圖，而圖2中(c)為剖視 圖。圖3為各部分的詳圖，其中，圖3中(a)為數(shù)據(jù)校正部的詳圖，而圖3中(b)為劑量當(dāng) 量演算部的詳圖。 如圖1的結(jié)構(gòu)框圖中所示，中子劑量計(jì)1包括混合氣體檢測器10、處理電路部20 和顯示部30。 如圖2中詳細(xì)示出的，混合氣體檢測器10包括檢測單元11和封裝空間12。
如圖1中更詳細(xì)地示出的，處理電路部20包括高壓電源21、前置放大器22、波形 整形放大器23、A/D轉(zhuǎn)換部24、數(shù)據(jù)校正部25和劑量當(dāng)量演算部26。如圖3中(a)更詳細(xì) 地示出的，數(shù)據(jù)校正部25包括CPU251和G(L)函數(shù)存儲(chǔ)部252。而且，如圖3中(b)更詳細(xì) 地示出的，劑量當(dāng)量演算部26包括CPU 261和存儲(chǔ)部262。 如圖1中更詳細(xì)地示出的，顯示部30包括顯示驅(qū)動(dòng)器31和顯示器32。
該實(shí)施方式的中子劑量計(jì)1的改進(jìn)尤其在于混合氣體檢測器10(1)執(zhí)行入射 中子能量的鑒別，此外，處理中子能量鑒別精度不高的部分范圍的處理電路部20(2)利用 G(L)函數(shù)執(zhí)行中子劑量計(jì)的校正，并執(zhí)行整個(gè)范圍上入射中子能量的鑒別，并且同時(shí)(3) 利用G(L)函數(shù)提高中子劑量計(jì)校正的準(zhǔn)確度以提高檢測準(zhǔn)確度。 通過這些改進(jìn)的協(xié)同組合，中子劑量計(jì)1即使不用減速劑也能夠保持檢測性能。
接著，說明各個(gè)部分。首先，參照圖2來說明混合氣體檢測器10。假設(shè)為空心圓柱
設(shè)計(jì)來說明該實(shí)施方式的混合氣體檢測器io，但是也可以采用例如檢測器是具有球形封裝
空間的球形混合氣體檢測器10的結(jié)構(gòu)。 如圖2所示，在該混合氣體檢測器10中，在檢測器單元11內(nèi)形成封裝空間12，檢 測器單元11中形成了通過兩端的盤而封閉的空心圓柱形狀。將下述混合氣體封裝在該封 裝空間12內(nèi)。檢測器單元11的材料為SUS 304，而壁厚及兩端厚為0. 3mm。厚度為0. 3mm 時(shí)，可以承受5個(gè)大氣壓(6(TC)的壓強(qiáng)。這是材料強(qiáng)度極限的大約25%。即使由于加工 精度或碰撞等而使材料薄了 0. lmm，壓強(qiáng)也會(huì)是材料強(qiáng)度極限的大約35%，并且不存在破 裂等的危險(xiǎn)。如下所述，當(dāng)封裝的混合氣體處于25個(gè)大氣壓時(shí)，可以使厚度為0. 8mm，以確 保足夠的強(qiáng)度。在檢測器單元11的兩側(cè)的盤上形成電極以便圍繞封裝空間12，并且通過這 些電極向封裝空間12中的氣體混合物施加高電場。 在該實(shí)施方式中，以預(yù)定混合比混合并封裝氮?dú)夂陀袡C(jī)化合物氣體(甲烷、乙烷、 丙烷)作為混合氣體檢測器10中封裝的氣體混合物。封裝的有機(jī)化合物氣體為甲烷、乙烷 或丙烷中的任何一種。或者，封裝的氣體可以是甲烷、乙烷和丙烷中任意兩種的組合。或者， 可以把甲烷、乙烷和丙烷全部封裝進(jìn)來。 當(dāng)中子入射在封裝了這種氣體混合物的混合氣體檢測器10上時(shí)，執(zhí)行以下檢測。
8
具有低于大約100keV的能量的低能中子主要與氮?dú)夥肿优鲎玻⑼ㄟ^核反應(yīng) N(n， p)，產(chǎn)生作為帶電粒子的質(zhì)子p。 具有能量從大約100keV到大約10MeV的中能中子通過與有機(jī)化合物氣體(甲烷、 乙烷、丙烷或它們的混合物)的分子的碰撞主要進(jìn)行H(n，n)p彈性散射，產(chǎn)生作為帶電粒子 的反沖質(zhì)子P。 在超過大約10MeV的高能中子的情況下，除在與有機(jī)化合物氣體分子的碰撞中從 H(n，n)p彈性散射產(chǎn)生的反沖質(zhì)子p以外，還發(fā)生諸如C(n，p)、C(n， a)、N(n， a )等的核 反應(yīng)，產(chǎn)生作為帶電粒子的質(zhì)子p和a粒子。 低能中子、中能中子和高能中子是本說明書中為了方便應(yīng)用的分類。 總之，氮?dú)庥糜谕ㄟ^與低能中子(大約100keV或以下)的反應(yīng)來檢測中子。艮P，
低能中子的檢測取決于氮?dú)獾牧俊?有機(jī)化合物氣體(甲烷、乙烷、丙烷)用于通過與中能中子(大約100keV到10MeV) 和與高能中子(大約10MeV及以上)的反應(yīng)來檢測中子。即，中能中子和高能中子的檢測 取決于有機(jī)化合物氣體(甲烷、乙烷、丙烷)的量。 這些產(chǎn)生的帶電粒子通過混合氣體檢測器中的電離效應(yīng)產(chǎn)生離子對(duì)，并通過產(chǎn)生 的離子對(duì)的氣體進(jìn)行放大，輸出電流脈沖。 接著，參照附圖來說明這種混合氣體檢測器10上的中子入射與輸出之間的關(guān)系。 首先，參照

這種情況，其中，具有低于大約100keV的能量的低能中子入射在混合 氣體檢測器上。圖4是示出了入射在混合氣體檢測器上的100keV以下的中子能量與中子 數(shù)的特征圖；圖5是100keV以下的中子能量與計(jì)數(shù)的特征圖。 當(dāng)如圖4所示低于大約100keV的低能中子入射在本發(fā)明的混合氣體檢測器上時(shí)， 主要通過與氮?dú)獾暮朔磻?yīng)中產(chǎn)生的帶電粒子來執(zhí)行檢測，使得輸出具有如圖5所示特征的 檢測信號(hào)。當(dāng)圖4中所示入射中子數(shù)增大或減小時(shí)，圖5中斜線指示的峰值計(jì)數(shù)增大或減 小?？梢酝ㄟ^氮?dú)獾牧縼碚{(diào)節(jié)低于大約100keV的低能中子的檢測靈敏度。然而，針對(duì)這些 低于大約100keV(a，b，c，d)的低能中子的檢測信號(hào)輸出與中子能量a、 b、 c、 d無關(guān)地出現(xiàn) 在0. 7MeV或0. 8MeV的同一通道中，從而沒有這些入射中子的能量信息。檢測信號(hào)通過放 大器22和波形整形放大器23，從而檢測脈沖信號(hào)具有從0. 1MeV延伸到20MeV的脈沖高度 等級(jí)L(水平軸)，如圖5所示。 接著，參照

混合氣體檢測器上能量超過大約100keV的中能到高能中子 的入射。圖6是示出入射在混合氣體檢測器上的100keV以上的中子能量與中子數(shù)的特征 圖，而圖7是示出100keV以上的中子能量與計(jì)數(shù)的特征圖。圖8是示出了混合氣體檢測器 10的響應(yīng)與中子能量(測量結(jié)果)的特征圖。 當(dāng)超過大約100keV的中能到高能中子入射在本發(fā)明的混合氣體檢測器上時(shí)，如 圖6所示，通過主要通過與有機(jī)化合物氣體(甲烷、乙烷、丙烷)的H(n， n)p彈性散射和核 反應(yīng)產(chǎn)生的帶電粒子來執(zhí)行檢測，使得輸出如圖7所示的特征檢測信號(hào)。當(dāng)圖6中所示入射 中子數(shù)增大或減小時(shí)，圖7中指示的計(jì)數(shù)增大或減小。而且，可以通過有機(jī)化合物氣體(甲 烷、乙烷、丙烷)的量來調(diào)節(jié)超過大約100keV的中能到高能的檢測靈敏度。此外，從圖7可 以看出，如果入射中子能量(A、B、C)不同，則檢測信號(hào)輸出也不同，從而可以獲取入射中子 (A、B、C)的能量信號(hào)。檢測信號(hào)通過放大器22和波形整形放大器23，而且如圖7所示，脈
9沖高度等級(jí)L(水平軸)為0. 1MeV到20MeV的范圍上延伸的檢測脈沖信號(hào)。
例如，在圖8中，已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)和其他手段確認(rèn)了 隨著入射中子能量在550keV、 1MeV和2MeV之間變化，獲取針對(duì)550keV、lMeV和2MeV各個(gè)的計(jì)數(shù)；換句話說，可以看出， 從混合氣體檢測器IO輸出的檢測信號(hào)包括關(guān)于在中能中子(大約100keV到10MeV)入 射時(shí)能量-脈沖高度的信息。盡管沒有示出，但已經(jīng)確認(rèn)了 還包括當(dāng)高能中子(大約 10MeV及以上)入射時(shí)的能量-脈沖高度信息(pulseheight-corresponding to energy information)。這樣，借助于有機(jī)化合物氣體(甲烷、乙烷、丙烷)實(shí)現(xiàn)中能到高能中子的 檢測。 接著，來說明氣體混合物的混合比的優(yōu)化。通過適當(dāng)選擇氮?dú)?有機(jī)化合物氣體 的混合比和封裝壓力，可以使表示了比例計(jì)數(shù)器隨中子能量變化的檢測靈敏度(單位積分 通量的計(jì)數(shù)率)的中子能量響應(yīng)特性接近中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量) 的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)。 首先，作為發(fā)明人的研究結(jié)果，相對(duì)于一般化的混合比可知，當(dāng)?shù)獨(dú)馀c有機(jī)化合物 氣體的混合比的和為a + P = 1. 0時(shí)，通過將氮?dú)饣旌媳萢優(yōu)先設(shè)置為0. 05《a《0. 5， 并將有機(jī)化合物氣體混合比13設(shè)置為l.O-a，可以使作為檢測靈敏度的中子能量響應(yīng)特 性在大約5個(gè)數(shù)量級(jí)的能量范圍上(從0. 025eV到10eV以及從400keV到15MeV)接近于 中子積分通量-周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線。 存在混合比的范圍的事實(shí)是由于以下事實(shí)，S卩，優(yōu)化根據(jù)于比例計(jì)數(shù)管的形狀、有 機(jī)化合物氣體混的選擇和各種其他設(shè)計(jì)參數(shù)而不同，并且不能完全指定混合比。
在將甲烷、乙烷和丙烷當(dāng)中任何兩種或更多種進(jìn)行組合并封裝作為有機(jī)化合物氣 體的情況下，還可以調(diào)節(jié)這些混合比。例如，封裝比甲烷(CH4)具有更多的氫原子的乙烷 (C2H6)和丙烷(C3H8)預(yù)期能夠更容易地產(chǎn)生H(n， n)p彈性散射，從而使由于反沖中子p導(dǎo) 致的帶電粒子數(shù)增大，從而能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)以增大檢測靈敏度。甲烷、乙烷或丙烷的混合比還 可以用在調(diào)節(jié)中。如果滿足這種范圍，則可以獲取表示了比現(xiàn)有技術(shù)更令人滿意的檢測靈 敏度的中子能量-響應(yīng)特性。 接著，來說明氣體混合物的具體混合比。在混合比的優(yōu)化中，必需指定有機(jī)化合物 氣體；根據(jù)各實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在已經(jīng)選擇了甲烷氣體的前提下進(jìn)行說明。下面的說明假設(shè)有機(jī) 化合物氣體為甲烷氣體。 為了使熱中子能量特性(靈敏度)與ICRP Pub. 74提議中的中子周圍劑量當(dāng)量轉(zhuǎn) 換系數(shù)相匹配，需要有機(jī)氣體混合物的成分為75%到95%的甲烷氣體和5%到25%的氮 氣，并且更為優(yōu)選的是，甲烷氣體為大約80%而氮?dú)獯蠹s為20%。將參照附圖對(duì)此進(jìn)行說 明。圖9是示出了有機(jī)氣體混合物的按混合比的特征的特征圖。 如果甲烷氣體成份為95%以上，則氮?dú)獬煞轂?%以下，從而熱中子(0.025eV)被 低估了50%以下。從特征圖由菱形( )開始的特征(模擬)可以看出，總體上這會(huì)導(dǎo)致 從ICRP Pub. 74提議中的中子周圍劑量當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)基本向下的偏移，這是不適當(dāng)?shù)摹?
當(dāng)甲烷氣體成份在75%以下時(shí)，氮?dú)庠?5%以上，從而熱中子被高估2倍或更多。 這從這樣的事實(shí)可以看出，特性中的A點(diǎn)從ICRP Pub. 74提議的中子周圍劑量當(dāng)量轉(zhuǎn)換系 數(shù)顯著向上偏移。 并且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲烷氣體成份為80%并且氮?dú)鉃?0%時(shí)，特征曲線和模擬特征中的點(diǎn)X會(huì)可以使作為檢測靈敏度的中子能量_響應(yīng)特征在從0. 025eV到10eV以及 從400keV到15MeV(大約5個(gè)數(shù)量級(jí))的能量范圍內(nèi)更靠近中子積分通量_周圍劑量當(dāng)量 (lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)。此外，還通過利 用了樣品的實(shí)際測量確認(rèn)了類似的有利結(jié)構(gòu)，如特征圖中令表示的點(diǎn)所示。
接著，參照附圖來說明由于混合氣體檢測器的封裝空間12中的氣體混合物造成 的內(nèi)部壓強(qiáng)。圖10是輻射劑量速率隨與中子源的距離而變化的特征圖，而圖11是統(tǒng)計(jì)誤 差與輻射劑量速率的特征圖。采用快速中子(對(duì)252Cf的靈敏度)作為中子源的輻射劑量 速率和環(huán)境中的中子的輻射劑量速率如圖IO所示。這里，作為快速中子(對(duì)252Cf的靈敏 度)，使用了來自BSS免除級(jí)(10kBq)中子源的中子(10nSv/h到1 ii Sv/h)和來自超過BSS 免除級(jí)(10kBq)的中子源的中子(1 y Sv/h到10mSv/h)。 為了使這種快速中子(對(duì)252Cf的靈敏度)的中子靈敏度與ICRP Pub. 74的中子 周圍劑量當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)相匹配，采用20%或更少的針對(duì)檢測中子的計(jì)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)誤差等級(jí) (±2o)作為目標(biāo)。 當(dāng)主要測量環(huán)境中子(5nSv/h到10nSv/h)時(shí)，特征圖中的點(diǎn)X在20%以下，從而 為了將檢測到的中子的計(jì)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)誤差(±2o)保持在20%以下所需要的最優(yōu)內(nèi)部氣 體混合物壓強(qiáng)為25個(gè)大氣壓以上，如圖ll所示。當(dāng)主要測量來自BSS免除級(jí)(10kBq)的中 子線源的中子(10nSv/h到1 ii Sv/h)時(shí)，特征圖中的點(diǎn)X、點(diǎn)A和點(diǎn)B在20X以下，從而需 要l個(gè)大氣壓以上。而且，當(dāng)測量來自超過BSS免除級(jí)(10kBq)的中子線源的中子(lySv/ h到10mSv/h)時(shí)，特征圖中的點(diǎn)X、點(diǎn)A、點(diǎn)B、點(diǎn)O和點(diǎn)O在20X以下，從而需要0. l個(gè)大 氣壓以上?？紤]這些條件，混合氣體檢測器的封裝空間12中的氣體混合物的內(nèi)部壓強(qiáng)可以 設(shè)置為0. 1大氣壓(0. OlMPa)以上且25個(gè)大氣壓(2. 5Mpa)以下。具體地說，如果使用25 個(gè)大氣壓(2. 5MPa)，則全部檢測中子的計(jì)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)誤差(±2。)可以保持在20%以下。
通過實(shí)現(xiàn)上述氣體條件，混合氣體檢測器的輸出特征例如成了圖12的特征圖中 所示的特征，其代表了有機(jī)氣體混合物的按照混合比的特征。在大約5個(gè)數(shù)量級(jí)的能量上 (具有0. 025eV到10eV和400keV到15MeV的入射在混合氣體檢測器上的中子能量)的檢 測靈敏度會(huì)使中子能量-響應(yīng)特征接近中子積分通量-周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的 轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)。 而且在從10eV到400keV的范圍中，因?yàn)閺?0eV到大約100keV以下由于與氮?dú)?br> 的反應(yīng)所以不存在能量信息，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在大約100keV以上存在與有機(jī)氣體的反應(yīng)，
并且檢測信號(hào)包括有效信息，使得也能夠通過下面說明的數(shù)據(jù)校正部25和劑量當(dāng)量演算
部26(利用G(L)函數(shù)和G' (L)函數(shù)進(jìn)行校正，下面進(jìn)行說明)的校正獲得針對(duì)該10eV到
400keV范圍的信息。結(jié)果，可以提高在整個(gè)能量范圍(0. 025eV到15MeV)的中子靈敏度。 這優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的依賴于中子反應(yīng)截面的BF3比例計(jì)數(shù)器jHe比例計(jì)數(shù)管和
6LiI(Eu)閃爍探測器，從而中子靈敏度在部分能量范圍(10eV到幾百keV)上低得多，并且
不能夠容易地獲得該范圍的信息。 已經(jīng)描述了混合氣體檢測器10。 接著，說明處理電路部20 。 高壓電源21向混合氣體檢測器10的電極對(duì)提供1000V到4000V的高壓?；趶?混合氣體檢測器10的電極提取的電流輸出，來輸出檢測脈沖信號(hào)。將檢測脈沖信號(hào)輸入到前置放大器22。 前置放大器22將檢測脈沖信號(hào)放大到波形整形放大器23能夠使用的峰值。
波形整形放大器23輸出具有A/D轉(zhuǎn)換部24能夠進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的峰值和波形的放 大檢測脈沖信號(hào)。前置放大器22和波形整形放大器23形成了本發(fā)明的放大器。
A/D轉(zhuǎn)換部24將從波形整形放大器23輸出的檢測脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成檢測脈沖數(shù)據(jù)。 該檢測脈沖數(shù)據(jù)是具有與中子能量成比例的脈沖高度的脈沖數(shù)據(jù)。這用于執(zhí)行作為所謂的 中子能量信息的脈沖數(shù)據(jù)的脈沖高度分析。如上所述，檢測脈沖信號(hào)具有從O. 1MeV延伸到 20MeV的脈沖高度等級(jí)L，從而A/D轉(zhuǎn)換后的檢測脈沖數(shù)據(jù)是具有從0. 1MeV延伸到20MeV 的脈沖高度等級(jí)L的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)校正部25將檢測脈沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成后述的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)。具體操作如下。
CPU 251用作將輸入檢測脈沖數(shù)據(jù)按照檢測脈沖數(shù)據(jù)的峰值等級(jí)區(qū)分為預(yù)定范圍 等級(jí)(從低側(cè)峰值等級(jí)到高側(cè)峰值等級(jí))的裝置。因?yàn)闄z測脈沖數(shù)據(jù)還具有范圍從O. lMeV 到20MeV的峰值等級(jí)，因此將數(shù)據(jù)劃分成具有從0. 1MeV延伸到20MeV的峰值等級(jí)L的多個(gè)
等級(jí)。例如，執(zhí)行第一峰值等級(jí)、第二峰值等級(jí).....第n峰值等級(jí)的n個(gè)峰值等級(jí)的區(qū)分。
作為一個(gè)示例，利用作為第一到第六峰值等級(jí)的中子能量(MeV)范圍等級(jí)0. 1到0. 5、0. 5 到1. 0、1. 0到2. 0、2. 0到5. 0、5. 0到10. 0和10. 0到20. 0執(zhí)行對(duì)峰值等級(jí)的區(qū)分。為簡化 說明，在本示例中，僅執(zhí)行6個(gè)等級(jí)的粗略區(qū)分；實(shí)際上，執(zhí)行例如大約100個(gè)等級(jí)的分類。
通過由CPU 251執(zhí)行的該區(qū)分，去除預(yù)定等級(jí)以下的不必要的分量(噪聲信號(hào)和 由于Y射線產(chǎn)生的信號(hào))，并且能夠僅僅提取由于中子產(chǎn)生的期望檢測信號(hào)。輸出按照峰 值等級(jí)進(jìn)行了檢測的多個(gè)檢測信號(hào)。 CPU 251用作從G(L)函數(shù)存儲(chǔ)部252選擇和讀取與按照峰值等級(jí)L進(jìn)行了劃分 的檢測脈沖數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)的裝置，并且還用作向劑量當(dāng)量演算部26輸出該 G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)的裝置。執(zhí)行校正以按照脈沖改變劑量加權(quán)。下面來描述該加權(quán)改變的細(xì) 節(jié)。 劑量當(dāng)量演算部26的CPU 261用作將輸入的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)分為預(yù)定范圍內(nèi)的 峰值等級(jí)(從低側(cè)峰值等級(jí)到高側(cè)峰值等級(jí))的裝置。例如，執(zhí)行第一峰值等級(jí)、第二峰值
等級(jí).....第n峰值等級(jí)的n個(gè)峰值等級(jí)的區(qū)分。作為一個(gè)示例，等級(jí)為從第一到第六峰值
等級(jí)，并且中子能量(MeV)的峰值等級(jí)區(qū)分為峰值等級(jí)&(L)、GJL)、G3(L)、GJL)、G5(L)、 G6(L)。為簡化說明，在本示例中，僅執(zhí)行6個(gè)等級(jí)的粗略區(qū)分；實(shí)際上，執(zhí)行例如大約100個(gè) 等級(jí)的分類。 劑量當(dāng)量演算部26的CPU 261按照各峰值等級(jí)對(duì)按照峰值等級(jí)進(jìn)行了劃分的 G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且按照峰值等級(jí)產(chǎn)生計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。對(duì)與按照峰值等級(jí)njL)、 n2(L) 、n3(L) 、n4(L) 、n5(L) 、n6(L)的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)相應(yīng)的峰值等級(jí)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)加一并將其存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)部262中。該計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)表示特征范圍(能量值E)中的峰值等級(jí)L處每單位時(shí)間的計(jì)數(shù) 值(即，計(jì)數(shù)率)。每次從數(shù)據(jù)校正部25輸入G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行該處理。為簡化說明， 在本示例中，僅執(zhí)行6個(gè)等級(jí)的粗略區(qū)分；實(shí)際上，執(zhí)行例如大約100個(gè)等級(jí)的分類。
劑量當(dāng)量演算部26的CPU 261用作這樣的裝置，該裝置在各預(yù)定時(shí)段中將計(jì)數(shù)數(shù) 據(jù)ni (L) 、 n2 (L) 、 n3 (L) 、 n4 (L) 、 n5 (L) 、 n6 (L)乘以G丄(L) 、 G2 (L) 、 G3 (L) 、 G4 (L) 、 G5 (L) 、 G6 (L)以 產(chǎn)生按照峰值等級(jí)的乘積數(shù)據(jù)，將按照峰值等級(jí)的全部乘積數(shù)據(jù)相加并輸出該相加值(其
12為周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量))。如果a為比例常數(shù)，則這可以表述為下式(1)。[式l]
周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)數(shù)據(jù)-a'J;(Gi(L).ni(L》 (1)
i=l 當(dāng)不存在利用G(L)函數(shù)進(jìn)行的這種校正時(shí)，借助于計(jì)數(shù)值響應(yīng)服從作為中子檢 測器10的原始靈敏度曲線的中子能量-響應(yīng)特征，如圖12所示。然而，可以通過如上述所 述地對(duì)G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)執(zhí)行加權(quán)，可以使得作為檢測靈敏度的特征趨勢(當(dāng)沿著水平軸繪制 中子能量并沿著垂直軸繪制周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)時(shí))接近中子積分通量與周圍 劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74 H*(10)響應(yīng)曲線)，從而 提高了檢測靈敏度。 在式(1)中，通過精細(xì)劃分脈沖高度等級(jí)范圍(增大n的值)，使得等級(jí)范圍更窄， 從而能夠使通過周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的響應(yīng)更加符合中子積分通量與周圍劑量 當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)。通過這樣 更精細(xì)地劃分峰值等級(jí)范圍，即，通過增加式(1)中的加法次數(shù)n的值，準(zhǔn)確度可以更高。
顯示部30的顯示驅(qū)動(dòng)器31從劑量當(dāng)量演算部30獲取周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng) 量)作為輸入數(shù)據(jù)，并且控制顯示器32。 顯示部30的顯示器32根據(jù)顯示驅(qū)動(dòng)器31的控制顯示周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng) 量)，以使得能夠直接讀取。上述結(jié)構(gòu)容納在便攜式殼體中。這種中子劑量計(jì)l在顯示器 32上顯示數(shù)據(jù)，以使得能夠以高精確度直接讀取周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)。
接著，來說明G(L)函數(shù)。 如在圖12中示出有機(jī)混合氣體的按照混合比的特征的特征圖中所示，混合氣體 檢測器能夠以較好的準(zhǔn)確度在大約5個(gè)數(shù)量級(jí)的能量范圍上針對(duì)入射在混合氣體檢測器 上的0. 025eV到10eV和從400keV到15MeV的中子能量執(zhí)行測量；但是從10eV到400keV， 靈敏度不足，并且檢測準(zhǔn)確度較低。因此利用G(L)函數(shù)執(zhí)行校正，以校正準(zhǔn)確度不足的從 10eV到400keV的能量范圍內(nèi)的中子劑量。 在準(zhǔn)確度不足的從10eV到400keV的入射中子能量范圍中，采用了以下創(chuàng)新來提 高借助于G(L)函數(shù)的校正的準(zhǔn)確度。 首先，下面描述校正原理。已知在幾乎所有情況下，中子能量譜在1MeV及以下的 區(qū)域具有相同形狀(1/E譜)。參照附圖對(duì)這點(diǎn)進(jìn)行說明。圖13是示出了背景中子(從宇 宙射線得到)的能量譜的特征圖，圖14示出了當(dāng)由高能量加速器(800MeV)產(chǎn)生的中子通 過混凝土屏蔽件(實(shí)際近場)時(shí)的中子能量譜，以及圖15示出了^Cf中子源產(chǎn)生的中子 能量譜和存在屏蔽件的場(實(shí)際近場)的中子能量譜。 如圖13所示，在1MeV以下的區(qū)域，譜形狀相同(1/E譜)。如圖14和圖15所示， 從10eV到400keV，該譜為與1MeV以上的中子數(shù)成比例的常數(shù)。這表示該譜為1/E譜。這 是因?yàn)?MeV以下的幾乎全部中子是由1MeV以上的中子與物質(zhì)的相互作用導(dǎo)致的減速產(chǎn)生 的。即，可以說，1MeV以上的中子數(shù)的變化導(dǎo)致1MeV以下的中子數(shù)的變化，并且該數(shù)量具有 比例關(guān)系。由此，可以根據(jù)1MeV以上的中子數(shù)校正從10eV到400keV的中子數(shù)。
因此在本發(fā)明中，G(L)函數(shù)用來根據(jù)1MeV到2MeV的中子的信息校正正在考慮的從10eV到400keV的中子的劑量當(dāng)量。 可以通過下式(2) —般地表示中子劑量H，其中，h(E)為ICRP 74推薦的中子周圍 劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)(pSvcm2)。這里，O. 025eV到15MeV代表了入射在混合氣體檢測器上的中子 的能量。[式2]
產(chǎn)15Mey<formula>formula see original document page 14</formula> 該式(2)從0. 025eV到15MeV進(jìn)行積分，該積分可以細(xì)分為下式(3)。
[式3]H )h(E)<D (E) dE+^h(E)$ (E) dE+、 h(E) <D (E) dE 可以通過混合氣體檢測器10以高準(zhǔn)確度檢測式(3)中第一和第三項(xiàng)；關(guān)于第二 項(xiàng)，盡管在10eV到400keV范圍中的100keV到400keV的入射中子能量的脈沖高度等級(jí)范 圍中能夠進(jìn)行高準(zhǔn)確度的檢測，但在從10eV到100keV的脈沖高度等級(jí)范圍中只能以低準(zhǔn) 確度進(jìn)行檢測，從而該檢測準(zhǔn)確度較低。因此使用其他信息來執(zhí)行校正。
然而，上述①(E)不能直接確定，從而執(zhí)行式(2)中的轉(zhuǎn)換。這里，如果來自有機(jī) 氣體混合物的脈沖高度值為L，中子脈沖高度分布為P(L)，檢測器中子響應(yīng)為R(E，L)，并且 與脈沖高度值相應(yīng)的G(E)函數(shù)為G(L)(因?yàn)榉逯蛋芰啃畔?，從而是可能?，則可以得 到下式(4)和(5)。
[式4]
<formula>formula see original document page 14</formula> 將上式(4)代入式(2)得到下式(6)。
[式6]<formula>formula see original document page 14</formula> 并且，將上式(5)代入式(6)得到下式(7)。
[式7]
<formula>formula see original document page 14</formula> 由此，正在考慮的式(3)中的第一、第二和第三項(xiàng)的能量范圍可以通過以下式(8) 到(10)表示。第一項(xiàng)由下式(8)表示。
[式8]
<formula>formula see original document page 14</formula> 這利用了由于氮反應(yīng)N(n， p)得到的質(zhì)子具有626keV(大約700keV)的輸出的事 實(shí)。接著，第二項(xiàng)由下式(9)表示。
[式9]h(E)<ME) dE -)P(L)G(UdL = k\p(L)G(UdL
10eV "10eV JlMeV (9) 根據(jù)對(duì)區(qū)域10eV到400keV中的線性進(jìn)行的上述說明，可以利用從1MeV到2MeV 的峰值L進(jìn)行該校正。接著，第三項(xiàng)由下式(10)表示。
[式IO]
h(E)$(E)dE =、P(L)G(L)dL
400keV "400keV (10) 因?yàn)橛捎诩淄榈臍湓拥膹椥陨⑸涞玫降妮敵瞿芰烤哂嘘P(guān)于入射中子的能量的 信息，因此能夠進(jìn)行計(jì)算。將這些式(8)、 (9)和(10)代入(3)得到下式(11)。
[式ll]H= ^P("G(L)dL + "P(L)G(L)dL + 、P(L)G(UdL
"400keV "lMeV "400keV (11) 可以修正該式(11)以得到下式(12)。
[式12]H= 、p(L)G' (L)dL
"400kev (12) 因此，根據(jù)式(12)，可以使用從有機(jī)氣體混合物獲得的信號(hào)輸出來在獲得正在考
慮的從10eV到400keV的范圍內(nèi)具有改進(jìn)特性的中子劑量。并且，圖16示出了考慮了這些
因素的輸出峰值L的特征G(L)和G' (L)。 G(L)為修正前，而G' (L)為修正后。可以根
據(jù)峰值等級(jí)將這些特征劃分成n份，并且除上述修正前的^ (L) 、G2 (L) 、G3(L).....Gn(L)之
外，如果將新修正的G' JL)、G' 2(L)、G' 3(L).....G' n(L)登記在G(L)函數(shù)存儲(chǔ)部252
中，則從熱能中子到超過10MeV的高能中子，最終輸出值的能量特征與lcm劑量當(dāng)量轉(zhuǎn)換系
數(shù)更好地一致。 對(duì)于入射中子的從0.025eV到15MeV的中子能量的整個(gè)范圍，針對(duì)從10eV到 400keV的中子能量執(zhí)行校正，從而當(dāng)在混合氣體檢測器10的從0. 1MeV到20MeV的整個(gè)區(qū) 域上執(zhí)行校正時(shí)，數(shù)據(jù)校正部25和劑量當(dāng)量演算部26按照以下工作。
當(dāng)輸入了具有400keV以下的峰值的檢測脈沖數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)校正部25的CPU 251 丟棄檢測脈沖數(shù)據(jù)，并且，當(dāng)輸入了具有400keV到15MeV的峰值的檢測脈沖數(shù)據(jù)時(shí)，CPU 251從G(L)函數(shù)存儲(chǔ)部252讀取按照峰值等級(jí)校正后的G' (L)函數(shù)數(shù)據(jù)，并將該G' (L) 函數(shù)數(shù)據(jù)輸出給劑量當(dāng)量演算部26。 劑量當(dāng)量演算部26的CPU 261將按照峰值等級(jí)校正后的G' (L)函數(shù)數(shù)據(jù)與計(jì) 數(shù)數(shù)據(jù)相乘以生成針對(duì)從400keV到15MeV的峰值的乘積數(shù)據(jù)，將針對(duì)從400keV到15MeV 的這些峰值的全部乘積數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，并輸出該結(jié)果作為周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)數(shù) 據(jù)。以這樣的方式執(zhí)行校正。通過本發(fā)明的這種中子劑量計(jì)，可以以高準(zhǔn)確度地直接讀出 周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量當(dāng)量)。 基于上式(7)利用了 G(L)的結(jié)構(gòu)可以適用于混合氣體檢測器10的從0. 1MeV到 20MeV的整個(gè)區(qū)域，而不執(zhí)行校正；但是考慮檢測準(zhǔn)確度的下降，優(yōu)選的是執(zhí)行與上式(12)
15的校正類似的校正。 已經(jīng)說明了本發(fā)明的中子劑量計(jì)。因?yàn)榉庋b了氣體混合物的混合氣體檢測器執(zhí)行 檢測以便在寬范圍上獲得關(guān)于在多個(gè)脈沖高度等級(jí)的中子能量的信息，可以基于該信息進(jìn) 行校正，并確保高檢測精度。 并且，除檢測器單元11之外，檢測介質(zhì)僅僅是氣體，而且熱中子吸收材料也是不 必要的，從而與現(xiàn)有技術(shù)的中子劑量計(jì)相比重量顯著減小，并且在該裝置極其容易攜帶的 限度內(nèi)，該裝置理想地是用作便攜式中子劑量計(jì)。盡管減小了重量，當(dāng)然其應(yīng)用并不限于便 攜式裝置，而且該裝置可以用作固定中子劑量計(jì)。這種中子劑量計(jì)可以說是以前不存在的、 新型的中子劑量計(jì)。 通過上述本發(fā)明的中子劑量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了較輕的重量。近來，產(chǎn)生中子的設(shè)施已經(jīng)迅 速增多，集中在加速器設(shè)施；并且，近年來由于宇宙射線所致中子造成在半導(dǎo)體中出現(xiàn)軟件 錯(cuò)誤已經(jīng)主要成為半導(dǎo)體工業(yè)中的主要問題。因此，存在對(duì)重量輕的中子劑量計(jì)的急切需 求，并且可以期待本發(fā)明的中子劑量計(jì)被證明是非常有用的。 此外，當(dāng)通過利用了現(xiàn)有技術(shù)中的脈沖高度鑒別器(鑒別電路)的電路獲得脈沖 高度時(shí)，存在由于電路噪聲及由于Y射線造成的信號(hào)噪聲導(dǎo)致的測量下限水平，該問題通 過諸如專利文獻(xiàn)1的鑒別電路的鑒別電路不能解決，并且該鑒別等級(jí)可能降低到超出特定 值。然而，利用有機(jī)氣體混合物來準(zhǔn)確地測量幾百keV以下的中子已經(jīng)被認(rèn)為是極其難的； 但是在本實(shí)施方式中，解決了這些問題，并且實(shí)現(xiàn)了重量輕，同時(shí)保持了檢測性能，其結(jié)果 是顯著改善了使用的便利性。 此外，在采用固態(tài)檢測器的Y射線測量中使用了采用這種G(E)函數(shù)的校正方法， 但是采用這種G(E)函數(shù)的校正方法沒有應(yīng)用于采用氣體檢測器的中子檢測器的示例。
通過上述發(fā)明，通過避免使用檢測用減速劑，實(shí)現(xiàn)了重量上的實(shí)質(zhì)性地減小，甚至 當(dāng)存在由于沒有減速劑造成的檢測靈敏度與目標(biāo)檢測靈敏度的偏差時(shí)，通過信號(hào)處理執(zhí)行 補(bǔ)償，可以獲得較好的檢測性能，以向用戶提供改善了可用性的中子劑量計(jì)。
權(quán)利要求
一種中子劑量計(jì)，該中子劑量計(jì)包括混合氣體檢測器，該混合氣體檢測器封裝了包含氮?dú)夂陀袡C(jī)化合物氣體的氣體混合物，在所述氮?dú)獾幕旌媳圈僚c所述有機(jī)化合物氣體的混合比β的和為1時(shí)，所述氣體混合物中的所述氮?dú)獾幕旌媳圈翞?.05≤α≤0.25而所述氣體混合物中的所述有機(jī)化合物氣體的混合比β為1.0-α，并且響應(yīng)于中子檢測，所述混合氣體檢測器輸出與所檢測到的中子的能量相對(duì)應(yīng)的峰值檢測脈沖信號(hào)；放大器，該放大器將從所述混合氣體檢測器輸出的所述檢測脈沖信號(hào)放大到預(yù)定峰值等級(jí)；A/D轉(zhuǎn)換部，該A/D轉(zhuǎn)換部將從所述放大器輸出的檢測脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成檢測脈沖數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)校正部，在該數(shù)據(jù)校正部中按照峰值等級(jí)L登記了G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)，并且所述數(shù)據(jù)校正部將從所述A/D轉(zhuǎn)換部輸出的所述檢測脈沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成與所述峰值等級(jí)L相對(duì)應(yīng)的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)；劑量當(dāng)量演算部，該劑量當(dāng)量演算部按照峰值等級(jí)對(duì)從所述數(shù)據(jù)校正部輸出的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，并按照峰值等級(jí)生成計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，按照峰值等級(jí)將所述G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)與所述計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)相乘以生成按照峰值等級(jí)的乘積數(shù)據(jù)，并將全部所述按照峰值等級(jí)的乘積數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，以輸出周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)數(shù)據(jù)；以及顯示部，該顯示部利用周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)數(shù)據(jù)以顯示周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)；所述中子劑量計(jì)特征在于使用G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)，使得當(dāng)沿水平軸繪制中子能量并沿垂直軸繪制所述周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)時(shí)，特征的趨勢接近中子積分通量與周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子劑量計(jì)，其特征在于，所述有機(jī)化合物氣體為甲烷氣體， 所述氮?dú)獾幕旌媳葹閍 = 0.20，而所述甲烷氣體的混合比為13 =0.80。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中子劑量計(jì)，其特征在于，所述混合氣體檢測器中封裝的所 述氣體混合物的內(nèi)部壓強(qiáng)為0. 1個(gè)大氣壓(0. OlMPa)以上且25個(gè)大氣壓(2. 5MPa)以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中子劑量計(jì)，其特征在于，為了針對(duì)入射中子的從O. 025eV到 15MeV的整個(gè)中子能量范圍中從10eV到400keV的中子能量執(zhí)行校正，所述數(shù)據(jù)校正部在輸 入了具有400keV以下的峰值等級(jí)的檢測脈沖數(shù)據(jù)時(shí)丟棄該檢測脈沖數(shù)據(jù)，并且，所述數(shù)據(jù) 校正部在輸入了具有400keV到15MeV的峰值等級(jí)的檢測脈沖數(shù)據(jù)時(shí)輸出按照峰值等級(jí)校 正了的G' (L)函數(shù)數(shù)據(jù)，并且，所述劑量當(dāng)量演算部按照峰值等級(jí)將所述校正了的G' (L) 函數(shù)數(shù)據(jù)與所述計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)相乘以生成針對(duì)從400keV到15MeV的峰值的乘積數(shù)據(jù)，并輸出全 部針對(duì)從400keV到15MeV的峰值的乘積數(shù)據(jù)的總和的數(shù)據(jù)，作為周圍劑量當(dāng)量(lcm劑量 當(dāng)量)數(shù)據(jù)。
全文摘要
在中子劑量計(jì)中，當(dāng)沿水平軸繪制中子能量并沿垂直軸繪制周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)時(shí)，使特征的趨勢接近中子積分通量-周圍劑量當(dāng)量(1cm劑量當(dāng)量)轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線(中子能量-ICRP 74H*(10)響應(yīng)曲線)的G(L)函數(shù)數(shù)據(jù)用于補(bǔ)償混合氣體檢測器的輸出，該混合氣體檢測器封裝了氮?dú)夂陀袡C(jī)化合物氣體的氣體混合物并輸出具有與所檢測到的中子的能量相對(duì)應(yīng)的峰值的檢測脈沖信號(hào)。
文檔編號(hào)G01T3/00GK101796430SQ20098010027
公開日2010年8月4日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者中村尚司, 布宮智也 申請人:富士電機(jī)系統(tǒng)株式會(huì)社;中村尚司