ZGF系列化中子多球譜儀
1.1簡介
ZGF1001多球中子譜儀主要由熱中子靈敏探測器、多個不同直徑的慢化球和電子學(xué)系統(tǒng)組成。為了測量出某一點的中子能譜，通常是將這些直徑不同的慢化球，放入熱中子靈敏探測器，依次在測量點上測量。根據(jù)測量計數(shù)和譜儀的響應(yīng)函數(shù)，通過解譜求出這一點的中子能譜，進(jìn)而給出輻射防護需要的一些積分量。由于中子注量-劑量當(dāng)量轉(zhuǎn)換系數(shù)隨中子能量的變化很大，多球譜儀給出的劑量當(dāng)量值比目前的中子劑量儀表給出的值更為可信，同時也給修正不具備中子能量測量能力的儀表提供了依據(jù)。目前多球譜儀系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種輻射場中子能譜的測量工作。
中輻在多年中子能譜測量研究成果的基礎(chǔ)上，研發(fā)了系列化的中子多球譜儀，型號分別是：ZGF1001多球中子譜儀、ZGF1002寬能多球中子譜儀、ZGF1003一體化多球中子譜儀和ZGF1004便攜式多球中子譜儀。
1.2研制設(shè)計的主要依據(jù)
- GB 14318-2008-T 輻射防護儀器 中子周圍劑量當(dāng)量（率）儀
- GB/T 14055.2-2012/ISO 8529-2：2000 中子參考輻射第2部分：與表征輻射場基本量相關(guān)的輻射防護儀表校準(zhǔn)基礎(chǔ)
- GBZT202-2007 用于中子外照射放射防護的劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)
- HJ/T61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》
- GB18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》
- GB/T8993-1998 核儀器環(huán)境條件與試驗方法
- 核儀器電磁環(huán)境條件與試驗方法
- GB/T17626.4-2008/IEC61000-4-4:2004電磁兼容試驗和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾變試驗
- GB/T17626.2-2006/IEC61000-4-2:2001電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗
- GB/T21162.1-2000,GB/T21162.2-2000用于校準(zhǔn)劑量儀與劑量率儀以及能量響應(yīng)，與其參考輻射標(biāo)準(zhǔn)
2、ZGF1001多球中子譜儀
ZGF1001多球中子譜儀由13個直徑不同的聚乙烯慢化球組成：裸管、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、10、12、15、18英寸，對應(yīng)的公制直徑為裸管、7.62、8.89、10.16、11.43、12.7、15.24、17.78、20.32、25.4、30.48、38.1、45.72cm，材質(zhì)為進(jìn)口定制高密度聚乙烯，適用于熱中子∽20Mev的中子場測量。
2.1測量支架設(shè)計
輻射場有可能是非均勻的，這就要求測量時就保證探測器的空間位置*，鑒于13個慢化球半徑都不相同，普通的支架必然會導(dǎo)致探測器位置的變化，本項目慢化球固定架采取*設(shè)計。能夠保證不同直徑的慢化球放置在固定架上，球心探測器處于同一位置。固定架設(shè)計和實物如圖1和2所示。
圖1測量支架示意圖
圖2多球譜儀支架
2.2探頭組件設(shè)計
多球譜儀的探頭組件由中子探測器、探測器固定件、前置放大成型電路、數(shù)據(jù)處理顯示電路等部分組成。中子探測器采用型號SP9的球形He-3正比計數(shù)器。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 探頭組件設(shè)計
探頭組件既可作為獨立的測量組件，手動設(shè)置測量時間，測量次數(shù)等參數(shù)，并實時顯示測量的計數(shù)等數(shù)據(jù)，也可配合筆記本電腦和上位機軟件進(jìn)行聯(lián)機操作。
2.3響應(yīng)函數(shù)計算
響應(yīng)函數(shù)是進(jìn)行中子解譜*的重要參數(shù)。不同直徑的慢化球?qū)Σ煌芰恐凶禹憫?yīng)不盡相同，利用蒙特卡羅方法對進(jìn)行不同直徑慢化球進(jìn)行響應(yīng)函數(shù)計算，為解譜提供重要依據(jù)。中子能量區(qū)間為熱中子~20MeV，可以擴展為10GeV。ZGF1001多球譜儀響應(yīng)函數(shù)如圖4所示。
圖4 ZGF1001多球譜儀響應(yīng)函數(shù)
2.4解譜程序設(shè)計
解譜軟件基于迭代算法、蒙卡算法、遺傳算法進(jìn)行開發(fā)。解譜軟件提供2種工作模式，獨立工作模式與聯(lián)機工作模式。
解譜軟件界面如圖5所示。
圖5 解譜軟件界面
解譜完成后自動計算出注量（率）、按能量劃分的注量（率）、劑量（率）、按能量劃分的劑量（率）、平均能量等輻射防護常用量。
2.4.1 獨立工作模式（半自動工作模式）
此工作模式不需要外接電腦，ZGF1001多球譜儀（包含電子學(xué)系統(tǒng)）獨立工作，譜儀內(nèi)置SD卡，用戶選擇測量時間和測量次數(shù)，每個慢化球的測量數(shù)據(jù)可自動存儲在存儲器中，也可手動記錄；測量完成后，離線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和解譜。
2.4.2 聯(lián)機工作模式（自動工作模式）
需聯(lián)接裝有測量控制軟件和自動解譜軟件的電腦，用戶需選擇測量時間、測量次數(shù)、探頭個數(shù)、探頭編號、預(yù)置譜等參數(shù)，通過窗口提示與聲音提醒，進(jìn)行更換探頭等操作，測量完成后數(shù)據(jù)自動保存、自動求平均數(shù)、自動求誤差并進(jìn)行自動解譜。
2.5系統(tǒng)特點
2.5.1*的設(shè)計思想
ZGF1001多球譜儀的寬能量范圍、獨立與聯(lián)機雙工作模式、多算法解譜、自動數(shù)據(jù)獲取、自動數(shù)據(jù)處理、在線解譜等設(shè)計思想處于*水平。
2.5.2*的支架設(shè)計
ZGF1001多球譜儀的慢化球支架設(shè)計可保證探測器的空間位置在每次測量保持*，有效保證測量質(zhì)量。
2.5.3兩種工作模式
ZGF1001多球譜儀提供獨立與聯(lián)機兩種工作模式，既能手動工作也能自動工作，手動工作能解決條件欠完善場所的測量工作，自動工作模式能實現(xiàn)一鍵解譜，降低工作人員勞動負(fù)荷，減小受照風(fēng)險。
2.5.4遠(yuǎn)程通訊
ZGF1001多球譜儀可與控制電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊（<100米），有效降低工作人員的受照風(fēng)險，確保在強輻射場中的輻射安全，同時提供相應(yīng)的接口，與解譜程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
2.5.5數(shù)據(jù)存儲
ZGF1001多球譜儀內(nèi)置SD存儲卡，可將測量數(shù)據(jù)存儲起來，降低測量時的工作量，也可以通過數(shù)據(jù)傳輸功能將更多的數(shù)據(jù)存儲在電腦中。
2.5.6信號傳輸
ZGF1001多球譜儀的遠(yuǎn)程信號傳輸采用全數(shù)字傳輸，同時電纜增加屏蔽層，雙重提高抗*力，確保信號質(zhì)量。
2.5.7功能完備的測控軟件
ZGF1001多球譜儀的測控軟件集成參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)回讀、測量控制等模塊，還提供部分?jǐn)?shù)據(jù)處理功能，不僅方便測量工作、減少測量工作量，還能實現(xiàn)自動、快速測量、減小工作人員受照劑量，也有助于降低數(shù)據(jù)記錄和處理過程中的錯誤。
2.5.8自動解譜程序
本系統(tǒng)的解譜程序基于迭代算法、蒙卡算法、遺傳算法開發(fā)，多算法設(shè)置能確保適用于各種場合，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置譜，在進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置后，測量數(shù)據(jù)的自動讀入，可以實現(xiàn)中子能譜的在線解譜，給出被測中子場的各種輻射防護量，還可以顯示譜形。
2.5.8方便的攜帶方式
依配置的不同，ZGF1001多球譜儀設(shè)計有2∽5個運輸儲存一體箱，方便運輸、架設(shè)和回收。
圖6ZGF1001多球譜儀運輸儲存一體箱
2.6主要性能特點
- 中子能譜快速測量
- 能量范圍：熱中子～20MeV
- 高靈敏度探測器設(shè)計
- 自動解譜與圖形顯示
- 自動計算總劑量（率）、總注量（率）、分能量注量（率）、平均能量等輻射防護信息
- 雙工作模式
- 能量上限可擴展（可擴展至 10Gev）
- 探測器：球形 He-3 正比計數(shù)器
- 慢化體：進(jìn)口高密度定制球形聚乙烯
- 慢化球直徑：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
- 能量范圍：熱中子～20MeV
- 靈敏度：40cps /100μSv·h-1
- 解譜：在線解譜
- 數(shù)據(jù)：可存儲、可遠(yuǎn)程傳輸、可就地顯示
- 可擴展升級的系統(tǒng)：可為每個慢化球都配置一套探測器和電子學(xué)系統(tǒng)，減小探測器尾端的相互干擾，提高測量的便利程度、減小測量時間、降低測量的勞動強度。
- 電池供電，方便現(xiàn)場使用。
- 每個探測器的測量數(shù)據(jù)都可單獨顯示。
- 手動或自動啟動/停止，可設(shè)置測量時間。
- 運輸儲存一體箱箱。
