ZGF系列化中子多球谱仪

1.1简介

ZGF1001多球中子谱仪主要由热中子灵敏探测器、多个不同直径的慢化球和电子学系统组成。为了测量出某一点的中子能谱，通常是将这些直径不同的慢化球，放入热中子灵敏探测器，依次在测量点上测量。根据测量计数和谱仪的响应函数，通过解谱求出这一点的中子能谱，进而给出辐射防护需要的一些积分量。由于中子注量-剂量当量转换系数随中子能量的变化很大，多球谱仪给出的剂量当量值比目前的中子剂量仪表给出的值更为可信，同时也给修正不具备中子能量测量能力的仪表提供了依据。目前多球谱仪系统已经广泛应用于各种辐射场中子能谱的测量工作。

中辐在多年中子能谱测量研究成果的基础上，研发了系列化的中子多球谱仪，型号分别是：ZGF1001多球中子谱仪、ZGF1002宽能多球中子谱仪、ZGF1003一体化多球中子谱仪和ZGF1004便携式多球中子谱仪。

1.2研制设计的主要依据

• GB 14318-2008-T 辐射防护仪器 中子周围剂量当量（率）仪
• GB/T 14055.2-2012/ISO 8529-2：2000 中子参考辐射第2部分：与表征辐射场基本量相关的辐射防护仪表校准基础
• GBZT202-2007 用于中子外照射放射防护的剂量转换系数
• HJ/T61-2001《辐射环境监测技术规范》
• GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》
• GB/T8993-1998 核仪器环境条件与试验方法
• 核仪器电磁环境条件与试验方法
• GB/T17626.4-2008/IEC61000-4-4:2004电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰变试验
• GB/T17626.2-2006/IEC61000-4-2:2001电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
• GB/T21162.1-2000,GB/T21162.2-2000用于校准剂量仪与剂量率仪以及能量响应，与其参考辐射标准

2、ZGF1001多球中子谱仪

ZGF1001多球中子谱仪由13个直径不同的聚乙烯慢化球组成：裸管、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、10、12、15、18英寸，对应的公制直径为裸管、7.62、8.89、10.16、11.43、12.7、15.24、17.78、20.32、25.4、30.48、38.1、45.72cm，材质为进口定制高密度聚乙烯，适用于热中子∽20Mev的中子场测量。

2.1测量支架设计

辐射场有可能是非均匀的，这就要求测量时就保证探测器的空间位置*，鉴于13个慢化球半径都不相同，普通的支架必然会导致探测器位置的变化，本项目慢化球固定架采取*设计。能够保证不同直径的慢化球放置在固定架上，球心探测器处于同一位置。固定架设计和实物如图1和2所示。

图1测量支架示意图

图2多球谱仪支架

2.2探头组件设计

多球谱仪的探头组件由中子探测器、探测器固定件、前置放大成型电路、数据处理显示电路等部分组成。中子探测器采用型号SP9的球形He-3正比计数器。具体结构如图3所示。

图3 探头组件设计

探头组件既可作为独立的测量组件，手动设置测量时间，测量次数等参数，并实时显示测量的计数等数据，也可配合笔记本电脑和上位机软件进行联机操作。

2.3响应函数计算

响应函数是进行中子解谱*的重要参数。不同直径的慢化球对不同能量中子响应不尽相同，利用蒙特卡罗方法对进行不同直径慢化球进行响应函数计算，为解谱提供重要依据。中子能量区间为热中子~20MeV，可以扩展为10GeV。ZGF1001多球谱仪响应函数如图4所示。

图4 ZGF1001多球谱仪响应函数

2.4解谱程序设计

 解谱软件基于迭代算法、蒙卡算法、遗传算法进行开发。解谱软件提供2种工作模式，独立工作模式与联机工作模式。

解谱软件界面如图5所示。

图5 解谱软件界面

解谱完成后自动计算出注量（率）、按能量划分的注量（率）、剂量（率）、按能量划分的剂量（率）、平均能量等辐射防护常用量。

2.4.1 独立工作模式（半自动工作模式）

此工作模式不需要外接电脑，ZGF1001多球谱仪（包含电子学系统）独立工作，谱仪内置SD卡，用户选择测量时间和测量次数，每个慢化球的测量数据可自动存储在存储器中，也可手动记录；测量完成后，离线进行数据分析和解谱。

2.4.2 联机工作模式（自动工作模式）

需联接装有测量控制软件和自动解谱软件的电脑，用户需选择测量时间、测量次数、探头个数、探头编号、预置谱等参数，通过窗口提示与声音提醒，进行更换探头等操作，测量完成后数据自动保存、自动求平均数、自动求误差并进行自动解谱。

2.5系统特点

2.5.1*的设计思想

ZGF1001多球谱仪的宽能量范围、独立与联机双工作模式、多算法解谱、自动数据获取、自动数据处理、在线解谱等设计思想处于*水平。

2.5.2*的支架设计

ZGF1001多球谱仪的慢化球支架设计可保证探测器的空间位置在每次测量保持*，有效保证测量质量。

2.5.3两种工作模式

ZGF1001多球谱仪提供独立与联机两种工作模式，既能手动工作也能自动工作，手动工作能解决条件欠完善场所的测量工作，自动工作模式能实现一键解谱，降低工作人员劳动负荷，减小受照风险。

2.5.4远程通讯

ZGF1001多球谱仪可与控制电脑进行远程通讯（<100米），有效降低工作人员的受照风险，确保在强辐射场中的辐射安全，同时提供相应的接口，与解谱程序进行数据传递。

2.5.5数据存储

ZGF1001多球谱仪内置SD存储卡，可将测量数据存储起来，降低测量时的工作量，也可以通过数据传输功能将更多的数据存储在电脑中。

2.5.6信号传输

ZGF1001多球谱仪的远程信号传输采用全数字传输，同时电缆增加屏蔽层，双重提高抗*力，确保信号质量。

2.5.7功能完备的测控软件

ZGF1001多球谱仪的测控软件集成参数设置、数据获取、数据分类、数据存储、数据传输、数据回读、测量控制等模块，还提供部分数据处理功能，不仅方便测量工作、减少测量工作量，还能实现自动、快速测量、减小工作人员受照剂量，也有助于降低数据记录和处理过程中的错误。

2.5.8自动解谱程序

本系统的解谱程序基于迭代算法、蒙卡算法、遗传算法开发，多算法设置能确保适用于各种场合，内置标准预置谱，在进行必要的参数设置后，测量数据的自动读入，可以实现中子能谱的在线解谱，给出被测中子场的各种辐射防护量，还可以显示谱形。

2.5.8方便的携带方式

依配置的不同，ZGF1001多球谱仪设计有2∽5个运输储存一体箱，方便运输、架设和回收。

图6ZGF1001多球谱仪运输储存一体箱

2.6主要性能特点

• 中子能谱快速测量
• 能量范围：热中子～20MeV
• 高灵敏度探测器设计
• 自动解谱与图形显示
• 自动计算总剂量（率）、总注量（率）、分能量注量（率）、平均能量等辐射防护信息
• 双工作模式
• 能量上限可扩展（可扩展至 10Gev）

• 探测器：球形 He-3 正比计数器
• 慢化体：进口高密度定制球形聚乙烯
• 慢化球直径：裸管、7.62、8.89、10.16、11.43、12.7、15.24、17.78、20.32、25.4、30.48、38.1、45.72cm
• 能量范围：热中子～20MeV
• 灵敏度：40cps /100μSv·h-1
• 解谱：在线解谱
• 数据：可存储、可远程传输、可就地显示
• 可扩展升级的系统：可为每个慢化球都配置一套探测器和电子学系统，减小探测器尾端的相互干扰，提高测量的便利程度、减小测量时间、降低测量的劳动强度。
• 电池供电，方便现场使用。
• 每个探测器的测量数据都可单独显示。
• 手动或自动启动/停止，可设置测量时间。
• 运输储存一体箱箱。