本發(fā)明涉及中子能譜測(cè)量領(lǐng)域，具體而言，涉及一種抽注水多層同心球裝置及中子能譜探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多球中子譜儀具有測(cè)量范圍廣、各向同性、便于測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，因而常常被用于中子能譜測(cè)量。但是多球系統(tǒng)(bss)主要針對(duì)20mev以?xún)?nèi)中子能區(qū)能譜測(cè)量，對(duì)20mev以上高能區(qū)中子的靈敏度普遍較低，并不適用于幾mev～100mev能區(qū)的空間中子測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)設(shè)置多層聚乙烯的球殼，以達(dá)到10mev以上中子能譜測(cè)量，然而聚乙烯球殼需要達(dá)到一定厚度才能保證正常使用，而超過(guò)一定厚度的聚乙烯，層層疊加之后，質(zhì)量較大，不便于運(yùn)輸，且為了保證測(cè)試需要，聚乙烯球殼的層數(shù)較多，進(jìn)一步增加了多球中子譜儀的重量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種抽注水多層同心球裝置及中子能譜探測(cè)系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有技術(shù)中多球中子譜儀質(zhì)量大的問(wèn)題，以便于運(yùn)輸和使用。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下所述：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種抽注水多層同心球裝置，所述抽注水多層同心球裝置包括中子探測(cè)器、多個(gè)從內(nèi)到外依次套設(shè)的殼體以及抽注水裝置，所述殼體中最內(nèi)層的殼體套設(shè)在所述中子探測(cè)器的表面，任意兩個(gè)相鄰的殼體之間形成有用于容納液體的間隙，所述殼體采用鋁材料制作而成，所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體均設(shè)置有閥門(mén)，所述抽注水裝置依次連接所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體的閥門(mén)以便于向所述間隙中注水或排出間隙中的水。

進(jìn)一步地，每個(gè)所述間隙的寬度均不相同。

進(jìn)一步地，所述抽注水多層同心球裝置還包括鉛殼，所述鉛殼套設(shè)于所述多個(gè)殼體中的一個(gè)殼體的外表面。

進(jìn)一步地，所述鉛殼套設(shè)在所述多個(gè)殼體中從內(nèi)向外第二個(gè)或第三個(gè)殼體的外表面。

進(jìn)一步地，所述殼體的厚度為1mm～5mm。

進(jìn)一步地，每個(gè)所述殼體的厚度均為2mm。

進(jìn)一步地，所述抽注水裝置為表面具有通孔的管道。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種中子能譜探測(cè)系統(tǒng)，包括抽注水系統(tǒng)、信號(hào)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、顯示單元及抽注水多層同心球裝置，所述抽注水多層同心球裝置包括中子探測(cè)器、多個(gè)從內(nèi)到外依次套設(shè)的殼體以及抽注水裝置，所述殼體中最內(nèi)層的殼體套設(shè)在所述中子探測(cè)器的表面，任意兩個(gè)相鄰的殼體之間形成有用于容納液體的間隙，所述殼體采用鋁材料制作而成，所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體均設(shè)置有閥門(mén)，所述抽注水裝置依次連接所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體的閥門(mén)以便于向所述間隙中注水或排出間隙中的水，所述抽注水系統(tǒng)與所述抽注水裝置連接，所述信號(hào)采集單元與所述中子探測(cè)器連接，所述數(shù)據(jù)處理單元與所述信號(hào)采集單元、顯示單元均連接，其中，

所述抽注水系統(tǒng)用于通過(guò)所述抽注水裝置向所述間隙注水或排出間隙中的水；

所述信號(hào)采集單元用于獲取所述中子探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)，將所述脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出數(shù)字信號(hào)的計(jì)數(shù)值；

所述信號(hào)處理單元用于獲取所述計(jì)數(shù)值以形成矩陣，通過(guò)響應(yīng)函數(shù)矩陣求解得到中子能譜，并將得到的中子能譜發(fā)送至所述顯示單元進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步地，每個(gè)所述間隙的寬度均不相同。

進(jìn)一步地，所述抽注水多層同心球裝置還包括鉛殼，所述鉛殼套設(shè)于所述多個(gè)殼體中的一個(gè)殼體的外表面。

本發(fā)明實(shí)施例提供的抽注水多層同心球裝置及中子能譜探測(cè)系統(tǒng)，該抽注水多層同心球裝置包括中子探測(cè)器、多個(gè)從內(nèi)到外依次套設(shè)的殼體以及抽注水裝置，所述殼體中最內(nèi)層的殼體套設(shè)在所述中子探測(cè)器的表面，任意兩個(gè)相鄰的殼體之間形成有用于容納液體的間隙，所述殼體采用鋁材料制作而成，所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體均設(shè)置有閥門(mén)，所述抽注水裝置依次連接所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體的閥門(mén)以便于向所述間隙中注水或排出間隙中的水。本發(fā)明提供的抽注水多層同心球裝置及中子能譜探測(cè)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的中子能譜探測(cè)器的質(zhì)量大大減輕，便于運(yùn)輸和取用，同時(shí)增加了中子能譜數(shù)據(jù)測(cè)量的組合方式，增加測(cè)量數(shù)據(jù)。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的抽注水多層同心球裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的抽注水裝置的剖面圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一實(shí)施方式的抽注水多層同心球裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)對(duì)10e^-10～10mev中子的能量響應(yīng)仿真結(jié)果示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)對(duì)10e^-10～10³mev中子的能量響應(yīng)仿真結(jié)果示意圖。

圖標(biāo)：1-中子能譜探測(cè)系統(tǒng)；10-抽注水多層同心球裝置；11-中子探測(cè)器；12-殼體；121-閥門(mén)；122-間隙；13-抽注水裝置；131-通孔；14-鉛殼；20-抽注水系統(tǒng)；21-注水泵；22-抽水泵；23-水池；24-管道；30-信號(hào)采集單元；40-數(shù)據(jù)處理單元；50-顯示單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類(lèi)似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，是本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)1的組成示意圖。該中子能譜探測(cè)系統(tǒng)1包括抽注水多層同心球裝置10、抽注水系統(tǒng)20、信號(hào)采集單元30、數(shù)據(jù)處理單元40、顯示單元50。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，是本發(fā)明實(shí)施例提供的抽注水多層同心球裝置10的結(jié)構(gòu)示意圖。該抽注水多層同心球裝置10包括中子探測(cè)器11、多個(gè)從內(nèi)到外依次套設(shè)的殼體12以及抽注水裝置13。中子探測(cè)器11為³he球形中子探測(cè)器。

殼體12中最內(nèi)層的殼體12套設(shè)在中子探測(cè)器11的表面，任意兩個(gè)相鄰的殼體12之間形成有用于容納液體的間隙122，優(yōu)選地，液體為水，經(jīng)濟(jì)易取用。

殼體12采用鋁材料制作而成，最內(nèi)層的殼體12外的每個(gè)殼體12均設(shè)置有閥門(mén)121，抽注水裝置13依次連接最內(nèi)層的殼體12外的每個(gè)殼體12的閥門(mén)121以便于向間隙122中注水或排出間隙122中的水。現(xiàn)有的多層同心球裝置的殼體采用聚乙烯材料制作而成，為了保證裝置的穩(wěn)定性及安全性，聚乙烯殼體的厚度較大，一般超過(guò)1厘米，由于聚乙烯的密度接近水的密度，現(xiàn)有的多層同心球裝置重量一般較重，不利于運(yùn)輸和使用。本實(shí)施例中，采用鋁材料制作殼體12，可以是單質(zhì)鋁或者鋁合金，本實(shí)施例對(duì)此不做限定。鋁的密度小，由鋁材料制作的較小厚度的殼體12能夠達(dá)到較厚聚乙烯殼體的效果，但是重量大幅度減輕，在本實(shí)施例中，殼體12的厚度在1mm～5mm之間，優(yōu)選的，經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)在保證測(cè)量性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，最佳厚度為2mm。此外，發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)鋁材料在中子測(cè)量時(shí)，對(duì)高能無(wú)影響，對(duì)低能的影響可忽略不計(jì)，保證了測(cè)量的精確性。

作為優(yōu)選地抽注水裝置13為表面具有通孔的管道，請(qǐng)參照?qǐng)D3，是抽注水裝置13的剖面圖。當(dāng)需要向間隙122注入水時(shí)，打開(kāi)相應(yīng)的閥門(mén)121，向管道內(nèi)注水，管道內(nèi)注入水時(shí)，水從管道的通孔131流出進(jìn)入間隙122中，例如，需要向最內(nèi)層的間隙122注水時(shí)，需要先打開(kāi)所有的閥門(mén)121，向管道注水，當(dāng)最內(nèi)層的間隙122填滿(mǎn)后，關(guān)閉最內(nèi)層殼體12外第一層殼體12的閥門(mén)121；當(dāng)需要排出間隙122內(nèi)的水時(shí)，打開(kāi)相應(yīng)間隙122的閥門(mén)121，使水從管道的通孔131流出，例如，需要將最內(nèi)層的水排出時(shí)，需要先打開(kāi)所有的閥門(mén)121，將最內(nèi)層間隙122的水排出，再關(guān)閉閥門(mén)121。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，抽注水系統(tǒng)20與抽注水裝置13連接，信號(hào)采集單元30與中子探測(cè)器11連接，數(shù)據(jù)處理單元40與信號(hào)采集單元30、顯示單元50均連接。

抽注水系統(tǒng)20用于通過(guò)抽注水裝置13向間隙122注水或排出間隙122中的水。

該抽注水系統(tǒng)20包括注水泵21、抽水泵22、水池23和管道24，注水泵21和抽水泵22均通過(guò)管道24與抽注水裝置13連接。注水泵21和抽水泵22與水池23連接。注水泵21用于將水池23中的水抽出通過(guò)管道24注入抽注水裝置13中，以向間隙122注水，抽水泵22用于將抽注水裝置13中的水抽出注入水池23中。

信號(hào)采集單元30用于獲取中子探測(cè)器11輸出的脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并計(jì)算出數(shù)字信號(hào)的計(jì)數(shù)值。數(shù)據(jù)處理單元40用于獲取計(jì)數(shù)值以形成矩陣，通過(guò)響應(yīng)函數(shù)矩陣求解得到中子能譜，并將得到的中子能譜發(fā)送至顯示單元50進(jìn)行顯示。

在使用本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)1進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將抽注水多層同心球裝置10的各個(gè)間隙122按照預(yù)先規(guī)劃的測(cè)量方式依次注水，依次測(cè)量。例如，本實(shí)施例中，抽注水多層同心球裝置10的殼體12的數(shù)量為5個(gè)，形成4個(gè)不同寬度的間隙122，從內(nèi)到外的寬度分別為40mm、80mm、20mm、10mm?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行自由組合得到不同的測(cè)量寬度，不同寬度的間隙122在保證注水多層同心球裝置10體積小巧的同時(shí)，相較于相同寬度的間隙122增加了組合的多樣性，增加了測(cè)量的數(shù)據(jù)。每進(jìn)行一次中子測(cè)量，中子探測(cè)器11輸出脈沖信號(hào)，信號(hào)采集單元30將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并依次求取每次獲得的數(shù)字信號(hào)的計(jì)數(shù)，傳遞給數(shù)據(jù)處理單元40。數(shù)據(jù)處理單元40獲取每次信號(hào)采集單元30輸出的計(jì)數(shù)值形成矩陣，與預(yù)先導(dǎo)入的響應(yīng)矩陣：求解，獲取中子能譜并輸出到顯示單元50進(jìn)行顯示。具體的，數(shù)據(jù)處理單元40轉(zhuǎn)換后的的矩陣具體為：

根據(jù)中子能譜的計(jì)算公式:

其中rφ(e)為探測(cè)器中子的能量響應(yīng)函數(shù)，φ(e)為所求的中子能譜，n為探測(cè)器計(jì)數(shù)，e為中子能量，de為積分，m表示n1到n5間的省略值，將上述公式離散化即：

將公式(1)(2)帶入公式(4)可得式(5)

其中，為求解的中子能譜中每個(gè)計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)的中子能量。

停止測(cè)量時(shí)，關(guān)閉注水泵21，打開(kāi)殼體12的閥門(mén)121，同時(shí)控制抽水泵22打開(kāi)，等水排完后控制抽水泵22關(guān)閉。

為了擴(kuò)大測(cè)量量程，在本實(shí)施例中，還設(shè)置有鉛殼14，鉛的原子序數(shù)高，能增加對(duì)高能量中子的靈敏度，由于鉛的密度較大，為了減輕抽注水多層同心球裝置10的質(zhì)量，將鉛殼14套設(shè)在多個(gè)殼體12中從內(nèi)向外第二個(gè)或第三個(gè)殼體12的外表面。優(yōu)選的，鉛殼14的厚度為5mm。

請(qǐng)參照?qǐng)D4，是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一實(shí)施方式的抽注水多層同心球裝置200的結(jié)構(gòu)示意圖。該抽注水多層同心球裝置200包括6層殼體12，形成5個(gè)間隙，從內(nèi)到外的寬度分別為10mm、20mm、80mm、40mm、25mm。鉛殼14套設(shè)在多個(gè)殼體12中從內(nèi)向外第三個(gè)殼體12的外表面，鉛殼14的厚度為10mm。

請(qǐng)參照?qǐng)D5，是本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)1對(duì)10e^-10～10mev中子的能量響應(yīng)仿真結(jié)果示意圖。

請(qǐng)參照?qǐng)D6，是本發(fā)明實(shí)施例提供的中子能譜探測(cè)系統(tǒng)1對(duì)中子的能量響應(yīng)仿真結(jié)果示意圖。

本發(fā)明與常見(jiàn)的高能多球中子譜儀相比，效果好于常規(guī)的三層結(jié)構(gòu)，其對(duì)中子的響應(yīng)隨水厚度的增加而增加，且響應(yīng)隨著中子能量增加呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。因此保證了多球中子譜儀對(duì)10mev以上中子有較為理想的能量響應(yīng)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種抽注水多層同心球裝置及中子能譜探測(cè)系統(tǒng)，該抽注水多層同心球裝置包括中子探測(cè)器、多個(gè)從內(nèi)到外依次套設(shè)的殼體以及抽注水裝置，所述殼體中最內(nèi)層的殼體套設(shè)在所述中子探測(cè)器的表面，任意兩個(gè)相鄰的殼體之間形成有用于容納液體的間隙，所述殼體采用鋁材料制作而成，所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體均設(shè)置有閥門(mén)，所述抽注水裝置依次連接所述最內(nèi)層的殼體外的每個(gè)殼體的閥門(mén)以便于向所述間隙中注水或排出間隙中的水。本發(fā)明提供的抽注水多層同心球裝置及中子能譜探測(cè)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的中子能譜探測(cè)器的質(zhì)量大大減輕，有利于運(yùn)輸和取用，同時(shí)增加了中子能譜數(shù)據(jù)測(cè)量的組合方式，增加了測(cè)量數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，還需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類(lèi)似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。