中子探測器發(fā)展

1、國內(nèi)外中子探測器發(fā)展情況研究國內(nèi)外中子探測器發(fā)展情況研究PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 報(bào)告將重點(diǎn)對(duì)國際中子探測器的發(fā)展情況進(jìn)行研究，主要采用定性調(diào)研與定量分析相結(jié)合的方法。其中定性研究方法主要包括專題情報(bào)調(diào)研、歸納、總結(jié)等，定量分析方法主要包括專利分析、統(tǒng)計(jì)分析等，以期總結(jié)出中子探測器的國際發(fā)展態(tài)勢。一、概述 在過去20多年間，中子探測技術(shù)得到不斷的細(xì)化，這一進(jìn)展主要?dú)w功于對(duì)中子結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)、合成物、凝聚

2、態(tài)物質(zhì)磁化作用以及與高強(qiáng)度中子源的開發(fā)和建設(shè)相結(jié)合等中子技術(shù)的研究。 中子探測在核醫(yī)學(xué)及臨床診斷、核電站安全檢測系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)、核爆及隱藏核材料探測、空間物理學(xué)、航天航空和工業(yè)應(yīng)用等眾多領(lǐng)域都有著極其重要的意義。因此因此 全世界各國都給予了較高的關(guān)注，以美國、歐洲、日本尤為突出，我國研究核輻射探測器的科研單位主要有中國原子能科學(xué)研究院、中國工程物理研究院、中國科學(xué)院高能物理研究所和近代物理研究所、西北核技術(shù)研究所等，總的來說我國在探測器研究方面尚處在跟蹤、消化和吸收國際先進(jìn)技術(shù)的階段，還有待進(jìn)一步深入研究。一、概述一、概述 直到1988年，氚的制造一直是用于支持美國核武器計(jì)劃，因?yàn)樗翘嵘?/p>

3、武器威力的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。自冷戰(zhàn)結(jié)束以來，美國已經(jīng)減少其核武庫，從而使得氚和He-3的量都減少。同時(shí)，He-3的需求在過去的10年卻升高，主要是因?yàn)樗辉絹碓蕉嗟赜糜谘芯亢桶踩珣?yīng)用的中子探測器。一、概述 在過去30年間，基于He-3的中子探測器被廣泛安裝在美國國界區(qū)域以防止非法放射性材料的運(yùn)輸。此外，數(shù)萬升He-3中子探測器用于美國許多大型科學(xué)裝置上。按照美國能源部的數(shù)據(jù)，全球每年對(duì)He-3的需求大約是6.5萬立方米，但僅能供應(yīng)大約2萬立方米 ，這已經(jīng)造成了對(duì)He-3的嚴(yán)重短缺，稱之為“He-3危機(jī)”。GAO發(fā)布的發(fā)布的2009年和年和2011年分別預(yù)計(jì)的年分別預(yù)計(jì)的2011-2018年年H

4、e-3的需求量和的需求量和每年美國的產(chǎn)量每年美國的產(chǎn)量 一、概述 基于上述原因，中子探測技術(shù)的備選研究的發(fā)展，基于上述原因，中子探測技術(shù)的備選研究的發(fā)展，主要基于不同材料的利用如今成為中子散射科學(xué)領(lǐng)域主要基于不同材料的利用如今成為中子散射科學(xué)領(lǐng)域連續(xù)的關(guān)注熱點(diǎn)。連續(xù)的關(guān)注熱點(diǎn)。 一、概述中子探測系統(tǒng)示意圖中子探測系統(tǒng)示意圖基本過程基本過程中子和核的作中子和核的作用用材料材料作用截面作用截面/b用途用途核反應(yīng)法(n,)(n, p)10B，6Li，3He約1000測熱、慢中子注量核反沖法(n,n)H約1測快中子能量核裂變法(n,f)235U,239Pu閾能238U，233U約500約1測熱中子注量

5、核激活法(n,)In，Au，Dy熱中子約100共振中子約1000快中子約1測中子注量探測中子的探測中子的4個(gè)基本過程比較個(gè)基本過程比較一、概述序號(hào)序號(hào)類型類型中子探測器中子探測器探測原理探測原理探測中子探測中子主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)1氣體電離探測器硼電離室核反應(yīng)法慢中子耐高溫、耐輻照、堆芯中子探測，在線獲取數(shù)據(jù)，10-4s量級(jí)脈沖寬度，價(jià)格低。2BF3正比計(jì)數(shù)管33He正比計(jì)數(shù)管4含氫正比計(jì)數(shù)管核反沖法快中子5238U裂變室核裂變法6半導(dǎo)體探測器235U蒸膜半導(dǎo)體探測器核裂變法慢中子在線獲取數(shù)據(jù)，幅度分辨率高。76LiF夾心半導(dǎo)體探測器核反應(yīng)法8閃爍探測器Li玻璃閃爍體核反應(yīng)法慢中子探測器效率高，在

6、線獲取數(shù)據(jù)，10-7s量級(jí)脈沖寬度。9載10B或（6Li）液體閃爍體10熱釋光探測器6LiF熱釋光探測器核反應(yīng)法慢中子體積小、質(zhì)量輕、脫離測量裝置單獨(dú)使用11載10B核乳膠核反應(yīng)法慢中子12自給能探測器Rh探測器、V探測器等核激活法慢中子不需外加偏壓，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，反應(yīng)堆堆芯高中子注量率冊測量。國內(nèi)外幾種典型的中子探測器國內(nèi)外幾種典型的中子探測器 從中子探測器應(yīng)用的數(shù)量與應(yīng)用廣度來看，BF3正比計(jì)數(shù)管、3He正比計(jì)數(shù)管、6Li( Eu)閃爍體、6Li玻璃閃爍體及裂變室等是中子探測最基本與最主要的手段。國內(nèi)外在國土安全應(yīng)用方面如核材料檢測上仍主要采用基于He-3的氣體電離探測器為主，并都在積

7、極地研發(fā)合適的替代產(chǎn)品。二、中子探測器的國際進(jìn)展（一）在商業(yè)及民用領(lǐng)域1、He-3中子探測器中子探測器 He-3是一種完全無害的惰性氣體，主要的應(yīng)用就是用于中子探測的氣體正比計(jì)數(shù)器。這些軟管被安裝在緩化劑外殼中以提高系統(tǒng)對(duì)特殊核材料裂變的敏感度。當(dāng)前，沒有其他的檢測技術(shù)可以提供穩(wěn)定的敏感度的結(jié)合，以及跟He-3中子管相同尺寸的伽馬/中子鑒定 。 He-3的探測器成為中子檢測的“黃金標(biāo)準(zhǔn)” ，它具有效率高、良好的輻射甄別能力、無毒性的優(yōu)點(diǎn)。因此它的應(yīng)用十分廣泛：門式輻射監(jiān)測器和手持探測器門式輻射監(jiān)測器和手持探測器大面積探測器大面積探測器二、中子探測器的國際進(jìn)展（一）在商業(yè)及民用領(lǐng)域2、潛在的替代

8、、潛在的替代He-3的探測器的探測器 目前僅有4種可作為潛在的替代技術(shù)，分別是BF3充氣式正比計(jì)數(shù)器、襯硼正比計(jì)數(shù)器、鋰-6載玻璃纖維及涂有閃爍體和鋰-6的波長變換光纖。 （1）BF3管探測中子的效率約為He-3的30%50%，多個(gè)管就可以達(dá)到理想的檢測效率，BF3探測器可以提供更好的輻射甄別（Knoll 2000; Kouzes et al. 2009b）。主要用于低俘獲截面和壓力限制，以保持合理的工作電壓。作為氣體BF3也是有毒的。二、中子探測器的國際進(jìn)展（一）在商業(yè)及民用領(lǐng)域2、潛在的替代、潛在的替代He-3的探測器的探測器 （2）襯硼正比計(jì)數(shù)器與He-3管相比，探測中子的效率通常為10

9、15%，因此襯硼管通常以陣列管形式以達(dá)到使用單個(gè)He-3管的中子探測器的探測效率?？茖W(xué)設(shè)施的國際合作已經(jīng)確定襯硼正比計(jì)數(shù)器作為替代中子探測器技術(shù)，2014年可以測試和用于大面積探測器。（3）鋰-6載玻璃纖維該技術(shù)由PNNL（西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室）和NuSafe(核安全)商業(yè)化機(jī)構(gòu)開發(fā)，能夠設(shè)置成與氦-3管組件相當(dāng)?shù)撵`敏度。這些類型的探測器，在組裝用于如門式輻射探測器時(shí)，不要求空間分辨率，但該技術(shù)的缺點(diǎn)是伽馬射線的靈敏度問題。二、中子探測器的國際進(jìn)展（一）在商業(yè)及民用領(lǐng)域2、潛在的替代、潛在的替代He-3的探測器的探測器 （4 )涂有閃爍體和鋰-6的波長變換光纖,該技術(shù)由Saint Gobain

10、（基于洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室技術(shù)）開發(fā)，擁有良好的中子靈敏度和中等的中子-伽馬分離能力。下一階段的工作是同時(shí)滿足RPM 系統(tǒng)對(duì)這種技術(shù)的要求。 上述技術(shù)在西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室所完成的測試情況，在上述技術(shù)在西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室所完成的測試情況，在RPMRPM上上具有潛在用途。具有潛在用途。技術(shù)技術(shù)曝光率（曝光率（mR/hr）絕對(duì)中子效率絕對(duì)中子效率（cps/ng）內(nèi)在伽馬射線內(nèi)在伽馬射線效率效率int gnGARRnabs n/n要求要求102.51x10-60.95GARRn1.13He：一個(gè)管03.0（2）102.2(1)*8x10-81.00BF3：3個(gè)管03.7（2）10沒有測到6x10

11、-9襯硼03.0（2）103.2（2）6x10-91.01鋰-玻璃01.7（6）#100.3（1）#11X10-81.07涂層纖維02.0（1）101.8（1）1.2X10-81.03當(dāng)前中子探測技術(shù)的參數(shù)性能（當(dāng)前中子探測技術(shù)的參數(shù)性能（2010年）年）二、中子探測器的國際進(jìn)展（一）在商業(yè)及民用領(lǐng)域3、洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室（、洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室（LANL）研究的）研究的B-10中子探測器中子探測器 實(shí)驗(yàn)使用的B-10探測器能夠告訴使用者裝在在集裝箱中的核材料釋放的輻射和天然物體如香蕉釋放的伽馬輻射之間的區(qū)別。B-10中子探測器的應(yīng)用范圍有門式監(jiān)測、核能安全和監(jiān)控、核不擴(kuò)散；其優(yōu)點(diǎn)是：取代基于H

12、e-3的中子探測器；價(jià)格便宜，豐富的基地材料；優(yōu)秀的伽馬/ 中子鑒別；無毒，環(huán)保。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的原型已經(jīng)建成并取得了積極的成果?，F(xiàn)場原型開發(fā)和測試已經(jīng)要求技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化。技術(shù)成熟度：7，系統(tǒng)樣機(jī)在運(yùn)行環(huán)境中。B-10探測器實(shí)現(xiàn)熱中子探測效率與探測器實(shí)現(xiàn)熱中子探測效率與He-3探測器的比較，顯探測器的比較，顯示對(duì)伽馬示對(duì)伽馬/中子的鑒別能力的對(duì)比中子的鑒別能力的對(duì)比二、中子探測器的國際進(jìn)展（二）用于科學(xué)研究領(lǐng)域（中子散射裝置） 當(dāng)前國際上中子散射技術(shù)的研究進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，其發(fā)展不僅對(duì)提高國家整體科研實(shí)力產(chǎn)生影響，而且已經(jīng)成為衡量國家綜合科技實(shí)力的重要標(biāo)志。產(chǎn)生高通量中子的中子源主要包括核反

13、應(yīng)堆和散裂中子源：反應(yīng)堆中子源不僅分布在美、日、法、德等西方發(fā)達(dá)國家，還包括印度、印尼等發(fā)展中國家；世界上正在運(yùn)行的脈沖式散裂中子源主要有美國的SNS和LANSCE、日本的J-PARC和英國的ISIS。二、中子探測器的國際進(jìn)展（二）用于科學(xué)研究領(lǐng)域（中子散射裝置） 目前，這些散射源裝置上都必須安裝探測器， He-3探測器和閃爍探測器是熱中子和冷中子探測領(lǐng)域中的兩個(gè)主要設(shè)備，幾乎應(yīng)用于各種裝置中，而He-3是散射中子源裝置的重要組成，其嚴(yán)重短缺成為全球性問題，很大程度上制約了中子散射源開展各項(xiàng)科學(xué)研究活動(dòng)，因此，尋找可替代He-3的中子探測器技術(shù)成為各主要中子散射源裝置國家共同關(guān)心的話題。三、中

14、子探測器的專利總體態(tài)勢分析 在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展和經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代背景下，專利對(duì)科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)投資以及法律維權(quán)等方面的作用和影響日益顯著，通過專利技術(shù)分析，能夠找出該技術(shù)領(lǐng)域涉及的主要國家、機(jī)構(gòu)和發(fā)明人，了解技術(shù)布局及研發(fā)熱點(diǎn)，從而為研究人員全面了解該領(lǐng)域技術(shù)的全球發(fā)展態(tài)勢提供借鑒和參考。本研究的分析數(shù)據(jù)主要來源于湯森路透的德溫特世界專利創(chuàng)新索本研究的分析數(shù)據(jù)主要來源于湯森路透的德溫特世界專利創(chuàng)新索引（引（DII）數(shù)據(jù)庫，利用主題詞）數(shù)據(jù)庫，利用主題詞TS=(neutron detector)進(jìn)行檢索，檢進(jìn)行檢索，檢索截止日期為索截止日期為2015年年5月月30日，日， 1949年年2014年間

15、年間 ，共檢索到，共檢索到DII數(shù)據(jù)庫收錄的中子探測器專利數(shù)據(jù)共數(shù)據(jù)庫收錄的中子探測器專利數(shù)據(jù)共3180條條 。采用的分析工具為。采用的分析工具為TDA（Thomson Data Analyzer）和智慧芽專利分析系統(tǒng)。）和智慧芽專利分析系統(tǒng)。三、中子探測器的專利總體態(tài)勢分析 通過專利申請(qǐng)數(shù)量的年度變化情況，可以把握該行業(yè)的總體技術(shù)發(fā)展趨勢。如圖所示，顯示了中子探測器各年申請(qǐng)優(yōu)先權(quán)的專利數(shù)量變化。（一）專利申請(qǐng)量的年度變化趨勢 從上世紀(jì)40年代末中子探測器就已經(jīng)開展，并穩(wěn)步發(fā)展，到80年中期到達(dá)中子探測器研究的第一個(gè)研發(fā)高峰，全球?qū)＠晟暾?qǐng)數(shù)量達(dá)到90件以上，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研，我們認(rèn)為這一技術(shù)時(shí)間

16、節(jié)點(diǎn)與美國在上世紀(jì)80年代全面推行中子探測器技術(shù)在國家安全檢領(lǐng)域應(yīng)用的背景十分吻合。隨后，從2000年開始中子探測器研究又不斷升溫，在2011年前后迎來其研發(fā)的第二個(gè)高峰，據(jù)悉這一研究節(jié)點(diǎn)主要由于受He-3中子探測器原料的限制，各國紛紛開展新的替代技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)工作有關(guān)。四、中子探測器專利技術(shù)布局分析 近三年全球中子探測器專利申請(qǐng)不再涉足的技術(shù)領(lǐng)域曾經(jīng)是中子探測器專利技術(shù)的熱點(diǎn)之一，由于技術(shù)發(fā)展或其他政策等方面的原因，使得這些領(lǐng)域逐漸衰退，主要在以下幾個(gè)方面，：（1）構(gòu)成核反應(yīng)堆控制元件一部分的敏感元件（G21C17/12）；（2）核反應(yīng)堆中用于監(jiān)視冷卻劑或慢化劑的器件或裝置（G21C17/0

17、2）；（3）利用中子來分析材料，且材料是流動(dòng)的流體或流動(dòng)的顆粒狀固體（G01N23/12）；（4）核反應(yīng)堆中，用于將物料送進(jìn)壓力容器、用于在壓力容器中處理物料以及用于從壓力容器中移出物料的裝置（G21C19/20）。（二）近三年新興和可能衰退的技術(shù)領(lǐng)域四、中子探測器專利技術(shù)布局分析 該項(xiàng)專利設(shè)計(jì)了一個(gè)用于探測中子的裝置和方法，尤其解決了方向靈敏度的問題。該裝置是具有高中子俘獲截面的閃爍涂層的探測器，以俘獲中子并探測釋放的電磁波輻射。該技術(shù)的優(yōu)勢在于這種新型探測器釋放出的熱中子效率高，增強(qiáng)了屏幕閃爍的效率，探測到的電磁輻射在90Kev之上。能夠與其他裂變材料的高效率探測協(xié)議相結(jié)合，如鈾和钚。（三）核心專利分析針對(duì)針對(duì)X射線和中子的探測器射線和中子的探測器五、結(jié)論哈佛商業(yè)評(píng)論05年第7期中有這樣的一句話：“任何會(huì)議都是要么富有成效，要么純粹浪費(fèi)時(shí)間，二者必居