一種摻硼光纖及其測量中子的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于輻射測量領域，具體涉及一種摻硼光纖及其測量中子的方法。
【背景技術】
[0002]光導纖維簡稱光纖，以傳導距離遠、信號衰減小、通信容量大廣泛應用于通信行業。光纖不僅能傳導光信號，在特殊條件下也能發射光子，同時有結構簡單、體積小、重量輕、布設方便、成本低廉的優點，因此也倍受輻射測量行業的注意。
[0003]隨著核技術應用的不斷推廣，需要中子監測的場所越來越多，當需要監測的區域比較大或輻射場的不均勻性比較嚴重時，如使用傳統的中子探頭式區域監測技術時，則需要布設的探頭數量較多，將使整個系統的造價非常高昂，而使用中子光纖技術完成同樣的工作則要低廉得多，同時，中子光纖還可以測量比較狹窄區域的中子輻射。
[0004]光纖的主要結構一般可分為纖芯、包層、涂覆層、套層，其中起傳輸光子作用的是芯層，其構成材料有石英、氟化玻璃、硫化玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PSt)、含氟透明樹脂或氘化PMMA等，這些材料與中子的反應截面都比較小，因此一般的光纖不能直接用于測量中子。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對現有技術中存在的問題，提供一種可用于中子測量的摻硼光纖，及其使用這種光纖測量中子的方法。
[0006]本發明的技術方案如下:一種摻硼光纖，包括纖芯、包層、涂覆層、套層，其中，在所述纖芯的材料中摻入含有硼的原料，含有硼的原料的摻入量占纖芯總質量的10% -15%。
[0007]進一步，如上所述的摻硼光纖，其中，所述的含有硼的原料可選取三氧化二硼、偏硼酸或硼酸鹽，將含有硼的原料按相應比例摻入纖芯材料中，熔融狀態下充分混合。
[0008]上述摻硼光纖測量中子的方法，將摻硼光纖置于測量環境中，摻硼光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號放大電路和脈沖記錄電路，入射中子與光纖中的硼發生反應，反應能傳遞給光纖材料使其激發，退激時放出光子，光子經光纖傳輸到光電倍增管，轉換成電脈沖信號后被信號放大電路放大并被脈沖記錄電路記錄，電脈沖的數量是正比于中子與硼發生核反應的次數，也就正比于入射中子數量，記錄單位時間的電脈沖信號量即可計算出中子的注量，實現中子注量的測量。
[0009]本發明的有益效果如下:本發明將中子敏感物質硼摻入光纖的纖芯材料中，含硼的材料可以有效的測量中子。這種采用光纖測量中子的方法造價低廉，應用范圍廣，可方便的測量狹窄區域的中子輻射。
【附圖說明】
[0010]圖1是摻硼光纖測量中子的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0012]中子能與很多物質發生核反應，將光纖中摻入一定比例的中子敏感物質后，入射中子與其反應，反應能傳遞給光纖材料使其激發，退激時放出光子，光子經光纖傳輸到光電倍加管，轉換成電信號并放大后被后續電路記錄。光子數量與材料吸收的能量成正比，而核反應的反應能一定，光子數量也就正比于中子數量。
[0013]與中子發生n+W = a+7Li+2.792Mev的核反應，與中子的反應截面較高，和熱中子的截面是3840靶，因此含有、的材料能有效測量中子，方法是在制備纖芯時摻入一定比例的硼材料，具體的摻入比例可由實驗確定。含有硼的材料可選取三氧化二硼、偏硼酸或硼酸鹽中的任意一種，或者也可以考慮采用兩種以上的混合材料。
[0014]本發明將光纖的纖芯中摻入硼，利用含有硼的材料能有效測量中子。上述核反應生成的α粒子會將能量損失在光纖材料中，使纖芯材料處于激發態，退激時必然會放出光子，光子數量正比于損失的能量，即裂變反應的數量，也就正比于入射中子數，從而實現的中子注量的測量，乘以注量-劑量轉換系數可得到中子劑量當量等輻射防護量。
[0015]一個中子最終形成的脈沖數量與摻硼的比例、光電倍增管型號和光電倍增管工作狀態有關，在摻硼比例確定、光電倍增管型號確定和光電倍增管電路設計完成的情況下，可用蒙特卡羅的方法模擬計算并通過實驗驗證的方法來得到。
[0016]在纖芯材料中摻入硼，必然會導致纖芯光傳導能力的減弱，但本發明的目的是中子測量，一般的應用場合不會大于數十米的長度，對光纖的光傳導能力要求不高，因此只要將硼的比例控制在合理范圍內就能滿足使用要求。
[0017]含有硼的原料的摻入量占纖芯總質量的10% -15% ,此濃度范圍既可保證光纖測量中子時有較好的探測效率，也可使光纖還有一定的光傳導性能。先由小規模生產不同摻硼比例的光纖，如纖芯材料中B203含量為10%、11%、…、15%，經實驗選取探測效率最高的摻硼比例作為今后生產的最佳比例。
[0018]實施例
[0019]摻硼光纖包括纖芯、包層、涂覆層、套層，具體制備方法為將B203按相應比例摻入到生產光纖預制棒的原料(主要是Si02)中，加熱至熔融狀態，充分混合后制成光纖預制棒，后續的拋光、拉絲、涂覆等生產工藝和流程與一般光纖的生產工藝相同。
[0020]如圖1所示，上述摻硼光纖測量中子的方法，將摻硼光纖置于測量環境中，摻硼光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號放大電路和脈沖記錄電路，入射中子與光纖中的硼發生反應，反應能傳遞給光纖材料使其激發，退激時放出光子，光子經光纖傳輸到光電倍增管，轉換成電脈沖信號后被信號放大電路放大并記錄，而這個電脈沖的數量是正比于中子與硼發生核反應的次數的，也就正比于入射中子數量，記錄單位時間的電脈沖信號量即可計算出中子的注量，實現中子注量的測量。一個中子最終形成的脈沖數量與摻硼的比例、光電倍增管型號和光電倍增管工作狀態有關，在摻硼比例確定、光電倍增管型號確定和光電倍增管電路設計完成的情況下，可用蒙特卡羅的方法模擬計算并通過實驗驗證的方法來得到。
[0021]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其同等技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種摻硼光纖，包括纖芯、包層、涂覆層、套層，其特征在于:在所述纖芯的材料中摻入含有硼的原料，含有硼的原料的摻入量占纖芯總質量的10% -15%。2.如權利要求1所述的摻硼光纖，其特征在于:所述的含有硼的原料可選取三氧化二硼、偏硼酸或硼酸鹽，將含有硼的原料按相應比例摻入纖芯材料中，熔融狀態下充分混合。3.采用權利要求1或2所述摻硼光纖測量中子的方法，其特征在于:將摻硼光纖置于測量環境中，摻硼光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號放大電路和脈沖記錄電路，入射中子與光纖中的硼發生反應，反應能傳遞給光纖材料使其激發，退激時放出光子，光子經光纖傳輸到光電倍增管，轉換成電脈沖信號后被信號放大電路放大并被脈沖記錄電路記錄，電脈沖的數量是正比于中子與硼發生核反應的次數，也就正比于入射中子數量，記錄單位時間的電脈沖信號量即可計算出中子的注量，實現中子注量的測量。
【專利摘要】本發明屬于輻射測量領域，具體涉及一種摻硼光纖及其測量中子的方法。將摻硼光纖置于測量環境中，摻硼光纖與光電倍增管連接，光電倍增管連接信號放大電路，入射中子與光纖中的钚發生反應，反應能傳遞給光纖材料使其激發，退激時放出光子，光子經光纖傳輸到光電倍加管，轉換成電信號后被信號放大電路放大并記錄，根據光子數量正比于中子數量的原理，實現中子注量的測量。
【IPC分類】G02B6/02, G01T3/00
【公開號】CN105467508
【申請號】CN201410459477
【發明人】劉建忠, 王勇, 任俊, 宋嘉濤, 楊明明, 李建偉, 于潛, 趙迎喜
【申請人】中國輻射防護研究院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2014年9月10日