中子束流监测装置

1.本实用新型涉及中子技术领域，具体涉及一种中子束流监测装置。


背景技术：

2.束流监测器是粒子加速器中最为常见的束流诊断设备,对于电子或正电子加速器而言又以条带电极型和钮扣电极型探头为主,其电极输出信号中除包含束团位置信息外,还包含束团电荷量、束团长度等信息,因此如果配以合适的信号处理电子学及信息提取算法,应该可以从单一的bpm探头中同时提取出束团位置、束团电荷量、束团长度等参数,并在此基础上推导出束流损失、束流寿命、束团截面形状因子等参数,实现单一探头进行多参数束流诊断的目的。常规的流气式中子监测装置存在的依赖高压气瓶、使用不便等问题，此外，针对多层涂硼gem等存在本体材料对中子吸收、散射严重的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种不依赖气瓶、有效降低内部材料对中子的吸收与散射的中子束流监测装置。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：该中子束流监测装置，包括密封腔体、入射板、探测单元、信号放大采集系统、充换气系统；
5.所述密封腔体的横截面呈口字形，所述密封腔体的右侧壁上设置有进气口和出气口，所述进气口处设置有第一阀门，所述第一阀门与充换气系统可拆卸连接，所述充换气系统用于对密封腔体进行充换气，所述出气口处设置有第二阀门；
6.所述入射板设置在密封腔体的上端且将密封腔体的上端进行密封，所述入射板的中心位置设置有入射窗，所述入射板的下表面设置有涂硼电极板且位于入射窗的正下方，所述涂硼电极板上设置有涂硼转换层；
7.所述探测单元设置在密封腔体的下端且将密封腔体的下端进行密封；
8.所述密封腔体的前侧壁上设置有密封电接口和数据接口，所述密封电接口处设置有耐高压的密封接头，所述密封接头用于高压引入和信号引出，所述信号放大采集系统通过数据接口与探测单元信号连接。
9.进一步的是，所述探测单元采用多丝室单元，所述多丝室包括铝基板，所述铝基板的上表面的中心位置设置有丝框，所述丝框上设置有多个平行的细丝，所述多个平行的细丝构成阳极丝和读出平面。
10.进一步的是，所述涂硼转换层采用
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b4c薄膜制成。
11.进一步的是，所述多个平行的细丝均采用镀金钨丝制成。
12.进一步的是，所述信号放大采集系统包括电荷灵敏前置放大器、甄别器和定标器，所述电荷灵敏前置放大器与阳极丝相连，所述电荷灵敏前置放大器用于放大阳极丝产生的电信号，所述甄别器分别与电荷灵敏前置放大器、定标器相连，所述甄别器用于将电荷灵敏前置放大器放大后的电信号进行符合判断并将符合的电信号传递给定标器显示测量计数
率。
13.进一步的是，所述密封腔体的上侧壁表面设置有矩形环状的第一密封槽，所述第一密封槽内设置有第一密封圈，当入射板将密封腔体的上端密封时，所述第一密封圈与入射板的下表面相接触且处于挤压状态；所述密封腔体的下侧壁表面设置有矩形环状的第二密封槽，所述第二密封槽设置有第二密封圈，当多丝室单元将密封腔体的下端密封时，所述第二密封圈与多丝室的铝基板的上表面相接触且处于挤压状态。
14.进一步的是，所述充换气系统采用气瓶，所述气瓶内装有ar/co2混合气体。
15.进一步的是，所述密封腔体采用纯铝制成。
16.本实用新型的有益效果如下：
17.1.通过设置的充换气系统对密封腔体进行充气，充气结束后使得密封腔体与充换气系统分离，密封腔体便可单独进行实验操作从而不依赖气瓶。
18.2.通过设置在密封腔体的右侧壁上的进气口和出气口，在长期使用后便可对密封腔体内的气体进行更换。
19.3.通过采用特定的探测单元来有效降低内部材料对中子的吸收与散射。
附图说明
20.图1是本实用新型所述的该中子束流监测装置的结构示意图；
21.图2是本实用新型所述的该中子束流监测装置的结构爆炸图；
22.图3是本实用新型所述的该中子束流监测装置的原理示意图；
23.图中标记说明：密封腔体1、入射板2、探测单元3、铝基板301、阳极丝和读出平面302、信号放大采集系统4、充换气系统5、第一阀门6、第二阀门7、入射窗8、涂硼电极板9、密封电接口10、数据接口11、第一密封槽12、第一密封圈13、第二密封圈14、高压电源15、密封接头16。
具体实施方式
24.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.需要说明的是，本技术实施例中所有方向性指示术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制,仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据
具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
28.如图1-3所示，该中子束流监测装置，包括密封腔体1、入射板2、探测单元3、信号放大采集系统4、充换气系统5；
29.所述密封腔体1的横截面呈口字形，也就是呈矩形环状的中空腔体，所述密封腔体1的右侧壁上设置有进气口和出气口，此位置不是绝对的，也可以设置在其他的侧壁上，所述进气口处设置有第一阀门6，所述第一阀门6与充换气系统5可拆卸连接，所述充换气系统5用于对密封腔体1进行充换气，所述出气口处设置有第二阀门7，打开第一阀门6充换气系统5便可对密封腔体1进行充气，充气前需要采用高温烘烤除气排除密封腔体1内材料的残余气体，确保密封腔体1内工作气体的纯度，充气结束后，将第一阀门6与充换气系统5进行拆卸分离，密封腔体1便可单独使用，不需要充换气系统5一直为其充气，也就不需要依赖气瓶了；
30.所述入射板2设置在密封腔体1的上端且将密封腔体1的上端进行密封，所述入射板2的中心位置设置有入射窗8，入射窗8用于中子束射入，所述入射板2的下表面设置有涂硼电极板9且位于入射窗8的正下方，所述涂硼电极板9上设置有涂硼转换层，由入射窗8射入的中子与涂硼转换层发生反应并产生粒子；
31.所述探测单元3设置在密封腔体1的下端且将密封腔体1的下端进行密封，反应后便可产生粒子进入探测单元3，由探测单元3完成相关的信号采集和输出；
32.所述密封腔体1的前侧壁上设置有密封电接口10和数据接口11，所述密封电接口10处设置有耐高压的密封接头16，所述密封接头16用于高压引入和信号引出，所述密封接头16与外接的高压电源15连接，所述信号放大采集系统4通过数据接口11与探测单元3信号连接，通过信号放大采集系统4可以得到中子束的束流强度和位置分布等信息。
33.如图2所示，在本实施例中，作为优选的，所述探测单元3采用多丝室单元，多丝室的特殊结构便可有效降低内部材料对中子的吸收与散射，所述多丝室包括铝基板301，所述铝基板301的上表面的中心位置设置有丝框，所述丝框上设置有多个平行的细丝，所述多个平行的细丝构成阳极丝和读出平面302，制作阳极丝和读出平面302为现有技术，此处不做过多赘述，丝框材料采用具有低的吸气率并且可以进行高温烘烤的材料制成，多丝室单元制作完成后，在流气模式下利用α源对其噪声水平、输出信号特征进行实验测试，确保探测单元3性能稳定。
34.在本实施例中，作为优选的，所述涂硼转换层采用
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b4c薄膜制成，采用磁控溅射的方式在电极板上镀
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b4c薄膜来制作涂硼转换层。
35.在本实施例中，作为优选的，所述多个平行的细丝均采用镀金钨丝制成，采用镀金钨丝能够有效降低内部材料对中子的吸收与散射。
36.在本实施例中，作为优选的，所述信号放大采集系统4包括电荷灵敏前置放大器、甄别器和定标器，所述电荷灵敏前置放大器与阳极丝相连，所述电荷灵敏前置放大器用于放大阳极丝产生的电信号，所述甄别器分别与电荷灵敏前置放大器、定标器相连，所述甄别器用于将电荷灵敏前置放大器放大后的电信号进行幅度甄别，若电荷灵敏前置放大器的输出信号幅度超过甄别阈值，则甄别器输出一个标准信号给定标器，最终由定标器显示测量计数率。
37.如图2所示，在本实施例中，为了进一步提升整个装置的密封性，所述密封腔体1的上侧壁表面设置有矩形环状的第一密封槽12，所述第一密封槽12内设置有第一密封圈13，当入射板2将密封腔体1的上端密封时，所述第一密封圈13与入射板2的下表面相接触且处于挤压状态；所述密封腔体1的下侧壁表面设置有矩形环状的第二密封槽，所述第二密封槽设置有第二密封圈14，当多丝室单元将密封腔体1的下端密封时，所述第二密封圈14与多丝室的铝基板301的上表面相接触且处于挤压状态通过设置的密封圈便可有效提升密封效果，使得实验数据更加的精准，另外，第一密封圈13、第二密封圈14均采用耐高温的密封圈。
38.如图1所示，在本实施例中，作为优选的，所述充换气系统5采用气瓶，所述气瓶内装有ar/co2混合气体，第一阀门6与气瓶之间通过供气管相连，可拆卸方式可以采用抱箍的方式将供气管与阀门连接，也可以采用其他方式，能够实现可拆卸即可。
39.在本实施例中，作为优选的，所述密封腔体1采用纯铝制成，铝对中子的吸收和散射截面较小，采用铝制作的密封腔体1可以降低密封腔体1的材料对中子的吸收和散射。
40.工作原理：先采用高温烘烤的方式排除密封腔体1内材料的残余气体，然后将第一阀门6与气瓶连接起来，打开第一阀门6对密封腔体1进行充气，在密封腔体1内封存1atm的高纯ar/co2混合气，充气完毕后，关闭第一阀门6，将第一阀门6与气瓶分离，然后从入射窗8射入中子束，中子入射后与涂硼电极板9的阴极内表面的
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b发生核反应产生7li或α粒子，7li或α粒子射入工作气体后将使其电离产生一定量的电子离子对，在电场作用下，电离电子将漂移到多丝室的阳极丝附近引发雪崩效应，产生大量的电子和正离子，并在读出极上产生输出电流信号，通过对相互垂直的两个读出极上的输出信号大小分布进行测量即可得到入射中子的二维位置坐标，结合输出电信号脉冲的个数及中子的位置坐标，可以得到中子束的束流强度和位置分布等信息。
41.以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。