测量裂变丰中子核态寿命的探头及方法

本发明涉及核辐射能谱测量，尤其涉及一种测量裂变丰中子核态寿命的探头及方法。

背景技术：

1、原子核的能级寿命是表征核状态非常重要的物理量，也是核谱学研究的重要参数之一，通过寿命的测量可以获得能级之间的跃迁几率和形变参数。原子核能级的跃迁机率能准确反映原子核内禀属性，是核结构研究最重要的内容之一。理论描述的跃迁几率与跃迁始末态的波函数直接相关，受核结构模型假设的影响，测量能级寿命是对理论模型的最好检验。

2、实验目标核自发裂变碎片常常分布在轻、重两个裂变碎片区，而裂变碎片中绝大多数核态寿命是未知的，其中有7%左右的裂变碎片具有同核异能态，目前丰中子核裂变成寿命在ps-ns量级的激发态测量方法多采用β-γ-γ符合技术。为高精度测量原子核激发态寿命常采用反康谱仪抑制康普顿效应更利于能谱分析，常规反康普顿仪是由高纯锗（hpge）主探测器和锗酸铋（bgo）次探测器组成，当被测样品放出的γ射线入射到主探测器，其中发生康普顿效应的光子将产生非全能峰信号，同时将被散射进入到反符合屏蔽探测器产生的信号，经反符合电子学线路使这些信号不被谱仪记录，可以降低γ能谱中的康普顿连续本底，从而起到抑制康普顿效应、提高峰康比的作用。

3、但传统的反康普顿仪测量的γ能谱常存在峰康比较低和康普顿抑制因子不高的问题，价格也较为昂贵，对环境的适应性较差，长期稳定性与性能都有局限性，无法满足高精度测量裂变丰中子碎片核的ps-ns量级核态寿命的需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种测量裂变丰中子核态寿命的探头及方法，用以解决传统的反康普顿仪测量的γ能谱常存在峰康比较低和康普顿抑制因子不高的缺陷，实现高精度测量裂变丰中子碎片核的ps-ns量级核态寿命。

2、本发明提供一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，包括主探测器、光电倍增管、次探测器和光子信息读出设备，其中，所述主探测器一端构建有光子入射口，另一端构建为出射端；所述光电倍增管耦合连接于所述主探测器的出射端，且外接质谱仪的数据获取系统；所述次探测器围设于所述主探测器外周，所述次探测器朝向所述光电倍增管的端部构建有出射窗；所述光子信息读出设备耦合连接于所述次探测器的出射窗，且外接质谱仪的数据获取系统。

3、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述主探测器为掺铈的溴化镧晶体，所述次探测器为掺铊的碘化铯晶体。

4、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述主探测器为圆柱形，所述次探测器为环形，所述主探测器整体穿设固定于所述次探测器的环形孔内部。

5、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述次探测器包括多个弧形的反康单元，多个所述反康单元围绕所述主探测器外周进行拼合，形成所述次探测器，所述反康单元朝向所述光电倍增管的端部构建形成出射窗。

6、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述光子信息读出设备包括多个同尺寸的硅光电倍增管，多个同尺寸的硅光电倍增管在所述次探测器的出射窗拼接形成硅光电倍增管读出电路。

7、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述主探测器除了与所述光电倍增管耦合连接的表面外，其余表面均覆有反射层；所述次探测器除了与所述光子信息读出设备耦合连接的外表面外，其余外表面也覆有所述反射层。

8、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述反射层外覆设有屏蔽外壳。

9、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述反射层为esr反射膜，所述屏蔽外壳为铝制外壳。

10、根据本发明提供的一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，所述光电倍增管外周固定套设有法兰，所述法兰用于与外部的探测器支架进行固定连接；所述法兰上设置有多个通孔，所述通孔用于穿设外接线缆。

11、本发明还提供一种测量裂变丰中子核态寿命的方法，适用于上述任意一项所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，包括：丰中子核裂变成激发态，退激后释放出伽马射线进入主探测器，所述伽马射线在所述主探测器发生康普顿效应；基于所述主探测器探测所述伽马射线全能峰事件，生成全能峰信号，生成的全能峰信号通过光电倍增管引入质谱仪的数据获取系统；基于次探测器捕捉从所述主探测器逃逸出的康普顿散射光子或单逃逸、双逃逸的0.511mev的伽马射线，生成康普顿散射信号，生成的康普顿散射信号通过光子信息读出设备引入质谱仪的数据获取系统；基于质谱仪的数据获取系统获取的康普顿散射信号对全能峰信号进行反符合，排除同时事件，去除康普顿散射光子的干扰，生成伽马能谱，从反康后的伽马能谱中挑选裂变碎片退激后产生已知不同能量的伽马射线与主探测器的时间谱进行符合，二者时间作差即为裂变丰中子的核态寿命。

12、本发明提供的测量裂变丰中子核态寿命的探头及方法，是一种由主探测器和次探测器组成的紧凑式反符合伽马射线探测的探头，主探测器和次探测器的衰减时间不同，主探测器用于探测目标伽玛射线全能峰事件，次探测器用于探测逃逸的康普顿散射事件，达到反符合测量目的。当伽马射线入射主探测器时，若康普顿散射后的光子逸出主探测器，其大部分将被次探测器吸收而记录下来。将主探测器和次探测器记录的脉冲分别输入线性脉冲放大器，然后将此两路脉冲同时输入反符合电路的分析道和反符合道，则反符合电路输出的脉冲排除了时间关联的事件，即从主探测器中逃逸出来的康普顿散射光子被外围的次探测器探测到输出信号，并与主探测器的输出信号进行反符合，使得穿过主探测器进入到闪烁晶体中的康普顿散射事件都不被记录，从而可以有效降低伽马能谱中的康普顿连续本底，达到抑制康普顿效应、提高峰康比的目的，有利于能谱分析，实现裂变丰中子核碎片的核态寿命的高精度测量。

1.一种测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述主探测器（1）为掺铈的溴化镧晶体，所述次探测器（3）为掺铊的碘化铯晶体。

3.根据权利要求2所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述主探测器（1）为圆柱形，所述次探测器（3）为环形，所述主探测器（1）整体穿设固定于所述次探测器（3）的环形孔内部。

4.根据权利要求3所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述次探测器（3）包括多个弧形的反康单元，多个所述反康单元围绕所述主探测器（1）外周进行拼合，形成所述次探测器（3），所述反康单元朝向所述光电倍增管（2）的端部构建形成出射窗。

5.根据权利要求4所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述光子信息读出设备（4）包括多个同尺寸的硅光电倍增管，多个同尺寸的硅光电倍增管在所述次探测器（3）的出射窗拼接形成硅光电倍增管读出电路。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述主探测器（1）除了与所述光电倍增管（2）耦合连接的表面外，其余表面均覆有反射层（5）；所述次探测器（3）除了与所述光子信息读出设备（4）耦合连接的外表面外，其余外表面也覆有所述反射层（5）。

7.根据权利要求6所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述反射层（5）外覆设有屏蔽外壳（6）。

8.根据权利要求7所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述反射层（5）为esr反射膜，所述屏蔽外壳（6）为铝制外壳。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，其特征在于，所述光电倍增管（2）外周固定套设有法兰（7），所述法兰（7）用于与外部的探测器支架进行固定连接；所述法兰（7）上设置有多个通孔（8），所述通孔（8）用于穿设外接线缆。

10.一种测量裂变丰中子核态寿命的方法，其特征在于，适用于权利要求1至9中任意一项所述的测量裂变丰中子核态寿命的探头，包括：