一种基于加速器的中子伽马混合场产生方法及系统与流程

本发明属于辐射场模拟技术，具体涉及一种基于加速器的中子伽马混合场产生方法及系统。

背景技术：

1、核技术是我国战略高新技术之一，但其工作环境中广泛存在一定剂量水平的辐射，包括质子、重离子、中子(瞬发中子、缓发中子、活化产物中子)、α、β、γ射线等，其中以中子和γ为主。中子是一种不带电粒子，其与物质相互作用时不受外壳层电子的影响，主要与物质的原子核发生作用，具有穿透力强、电离密度高、能量沉积大的特点，在突发状况下不易防护，其主要以连续能谱、伴随γ射线的形式存在。γ射线则是常见的核反应产物，广泛存在于天然放射性物质和地面核设施、核军工、太空飞行以及放射治疗等重要领域，是核与辐射安全关注的重点对象。

2、已有数据显示，核工业特殊作业和载人航天环境中的中子伽马混合辐射会使人体出现眼晶状体浑浊，白细胞减少、血小板减少、造血功能减弱，记忆力下降等健康问题，还会导致远后致癌效应、遗传效应、辐射敏感组织损伤以及非癌症疾病风险增加等，因此急需对中子伽马混合辐射进行剂量评价和辐射危害评估。目前国内外主要使用γ射线开展辐射剂量评价和辐射危害评估研究工作，并建立了γ射线水吸收剂量的规范标准。在中子方面也做了一些研究，结果发现不同能量的中子对生物体的作用机制有很大差异，且中子、γ并存的混合辐射并不完全等效于中子、γ单一辐射效应，因此需要建立中子能谱较宽的中子-γ混合辐射场产生及比例调制的实验方以开展生物效应评估研究。

3、通常中子-γ混合场产生技术源于自裂变的反应堆技术，然而由于反应堆存在结构复杂，中子能谱窄，体型庞大等缺点，用于生物效应研究的经济成本比较高，实验机会也较少，产生的中子-γ混合场的中子伽马比例固定不可调、应用场景有限，难以满足核工业等场景实用需求。因此，有必要研制一种基于加速器的中子伽马混合场产生方法及系统，从而实现不同应用场景下的中子伽马辐射场模拟。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种简便可行的基于加速器的中子伽马混合场产生方法及系统，能够精准调控中子伽马比例，满足多应用场景的快速评估需求。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于加速器的中子伽马混合场产生方法，包括如下步骤：

4、1)通过加速器将质子束加速后由束流输运线引入中子靶室，打靶产生次级粒子，包括中子和其它带电离子，且伴随产生伽马射线；

5、2)清除其它带电离子，并根据应用场景的需要，对中子伽马比例进行调节；调节后的中子和伽马射线通过准直器到达测试位置；

6、3)对调节后的中子伽马混合场进行诊断。

7、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其中，所述中子靶室为锂靶靶室，通过7li(p,n)7be反应产生中子束。

8、更进一步，所述锂靶靶室通过锂靶的厚度和距准直器出口距离的控制实现中子注量率的调节。

9、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，步骤2)中，通过偏转磁铁将所述其它带电离子和未反应的剩余质子偏转至束流垃圾桶。

10、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，步骤2)中，采用两种材料对中子伽马比例进行调节，所述两种材料包括大原子序数金属材料和小原子序数有机材料，其中，大原子序数金属材料作为伽马产额增益材料，小原子序数有机材料作为中子产额的减益材料。

11、更进一步，所述两种材料制成多个不同厚度的板状结构，通过多种组合方式实现材料厚度的调节。

12、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，步骤3)中，通过剂量计和伽马标准电离室单独测量伽马剂量数值；通过两个液体闪烁体探测器测量白光中子能谱，两个液体闪烁体探测器通过脉冲形状甄别(psd)去除伽马信号后，再通过符合方式给出中子时间谱，将中子时间谱结合探测器效率就得到中子能谱。

13、为实现上述方法，本发明进一步提供了一种基于加速器的中子伽马混合场产生系统，包括：

14、质子束打靶单元，包括加速器、束流输运线、中子靶室；加速器将质子束加速后由束流输运线引入中子靶室，打靶产生次级粒子，包括中子和其它带电离子，且伴随产生伽马射线；

15、中子伽马比例调节单元，包括设置在偏转磁铁和准直器之间的中子伽马比例调节装置，所述偏转磁铁将其它带电离子和未反应的剩余质子偏转至束流垃圾桶，中子和伽马调节比例后通过准直器到达测试位置；

16、束流诊断单元，包括用于测量伽马剂量数值的剂量计和伽马标准电离室，以及用于测量中子能谱的数字波形采样器和两个液体闪烁体探测器。

17、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其中，所述的中子靶室中包括用于标定位置的荧光靶、用于诊断质子的空靶以及用于产生中子的锂靶；所述锂靶包括不同厚度的靶材，靶材厚度、距准直器出口距离与对应质子流强根据理论模拟及前期实验标定数据确定。

18、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其中，所述束流输运线依次包括开关磁铁、真空阀门、xy导向器、两组双单元四极透镜、截止阀。

19、进一步，如上所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其中，所述中子伽马比例调节装置包括若干块不同厚度的调节板，调节板的面积能够覆盖准直器孔径；所述调节板分别由两种材料构成，包括大原子序数金属材料和小原子序数有机材料；所述调节板分别与气缸连接，通过气动方式实现位移。

20、更进一步，所述大原子序数金属材料为铅，小原子序数有机材料为聚乙烯。

21、更进一步，所述中子伽马比例调节装置中包括五块铅调节板和一块聚乙烯调节板，五块铅调节板的厚度分别为0.1、0.2、0.4、0.8、1.6cm，一块聚乙烯调节板的厚度为1cm。

22、本发明的有益效果如下：本发明提供的基于加速器的中子伽马混合场产生方法及系统以较低的经济成本建立了中子伽马混合场，其实验操作简单，束流品质较高，并且可以实现中子伽马比例的大范围调节，同时实现中子注量率可调，从而满足多应用场景的快速评估需求，优化了现有中子伽马实验手段，并填补了中子伽马比例调节这一需求的空白，将为我国核工业及载人航天应用中的生物效应评估提供先进研究平台与评估手段。

技术特征：

1.一种基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，所述中子靶室为锂靶靶室，通过7li(p,n)7be反应产生中子束。

3.如权利要求2所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，所述锂靶靶室通过锂靶的厚度和距准直器出口距离的控制实现中子注量率的调节。

4.如权利要求1所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，步骤2)中，通过偏转磁铁将所述其它带电离子和未反应的剩余质子偏转至束流垃圾桶。

5.如权利要求1所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，步骤2)中，采用两种材料对中子伽马比例进行调节，所述两种材料包括大原子序数金属材料和小原子序数有机材料，其中，大原子序数金属材料作为伽马产额增益材料，小原子序数有机材料作为中子产额的减益材料。

6.如权利要求5所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，所述两种材料制成多个不同厚度的板状结构，通过多种组合方式实现材料厚度的调节。

7.如权利要求1所述的基于加速器的中子伽马混合场产生方法，其特征在于，步骤3)中，通过剂量计和伽马标准电离室单独测量伽马剂量数值；通过两个液体闪烁体探测器测量白光中子能谱，两个液体闪烁体探测器通过脉冲形状甄别去除伽马信号后，再通过符合方式给出中子时间谱，将中子时间谱结合探测器效率得到中子能谱。

8.一种用于实现权利要求1-7中任意一项所述基于加速器的中子伽马混合场产生方法的系统，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其特征在于，所述的中子靶室中包括用于标定位置的荧光靶、用于诊断质子的空靶以及用于产生中子的锂靶；所述锂靶包括不同厚度的靶材，靶材厚度、距准直器出口距离与对应质子流强根据理论模拟及前期实验标定数据确定。

10.如权利要求8所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其特征在于，所述束流输运线依次包括开关磁铁、真空阀门、xy导向器、两组双单元四极透镜、截止阀。

11.如权利要求8所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其特征在于，所述中子伽马比例调节装置包括若干块不同厚度的调节板，调节板的面积能够覆盖准直器孔径；所述调节板分别由两种材料构成，包括大原子序数金属材料和小原子序数有机材料；所述调节板分别与气缸连接，通过气动方式实现位移。

12.如权利要求11所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其特征在于，所述大原子序数金属材料为铅，小原子序数有机材料为聚乙烯。

13.如权利要求12所述的基于加速器的中子伽马混合场产生系统，其特征在于，所述中子伽马比例调节装置中包括五块铅调节板和一块聚乙烯调节板，五块铅调节板的厚度分别为0.1、0.2、0.4、0.8、1.6cm，一块聚乙烯调节板的厚度为1cm。

技术总结本发明涉及一种基于加速器的中子伽马混合场产生方法及系统，该方法包括如下步骤：1)通过加速器将质子束加速后由束流输运线引入中子靶室，打靶产生次级粒子，包括中子和其它带电离子，且伴随产生伽马射线；2)清除其它带电离子，并根据应用场景的需要，对中子伽马比例进行调节；调节后的中子和伽马射线通过准直器到达测试位置；3)对调节后的中子伽马混合场进行诊断。本发明以较低的经济成本建立中子伽马混合场，其实验操作简单，束流品质较高，并且可以实现中子伽马比例的大范围调节，同时实现中子注量率可调，满足了多应用场景的快速评估需求。技术研发人员：汪越,隋丽,郭刚,刘建成,王巧娟受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/18