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系統組成。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。根據測量計數和譜儀的響應函數，通過解譜求出這一點的中子能譜，進而給出輻射防護需要的一些積分量。由于中子注量-劑量當量轉換系數隨中子能量的變化很大，多球譜儀給出的劑量當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。目前多球譜儀系統已經廣泛應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上，研發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研制設計的主要依據
- GB 14318-2008-T 輻射防護儀器 中子周圍劑量當量（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的輻射防護儀表校準基礎
- GBZT202-2007 用于中子外照射放射防護的劑量轉換系數
- HJ/T61-2001《輻射環境監測技術規范》
- GB18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》
- GB/T8993-1998 核儀器環境條件與試驗方法
- 核儀器電磁環境條件與試驗方法
- 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靜電放電抗擾度試驗
- GB/T21162.1-2000,GB/T21162.2-2000用于校準劑量儀與劑量率儀以及能量響應，與其參考輻射標準
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，材質為進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致探測器位置的變化，本項目慢化球固定架采取*設計。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、數據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正比計數器。具體結構如圖3所示。
圖3 探頭組件設計
探頭組件既可作為獨立的測量組件，手動設置測量時間，測量次數等參數，并實時顯示測量的計數等數據，也可配合筆記本電腦和上位機軟件進行聯機操作。
2.3響應函數計算
響應函數是進行中子解譜*的重要參數。不同直徑的慢化球對不同能量中子響應不盡相同，利用蒙特卡羅方法對進行不同直徑慢化球進行響應函數計算，為解譜提供重要依據。中子能量區間為熱中子~20MeV，可以擴展為10GeV。ZGF1001多球譜儀響應函數如圖4所示。
圖4 ZGF1001多球譜儀響應函數
2.4解譜程序設計
解譜軟件基于迭代算法、蒙卡算法、遺傳算法進行開發。解譜軟件提供2種工作模式，獨立工作模式與聯機工作模式。
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（包含電子學系統）獨立工作，譜儀內置SD卡，用戶選擇測量時間和測量次數，每個慢化球的測量數據可自動存儲在存儲器中，也可手動記錄；測量完成后，離線進行數據分析和解譜。
2.4.2 聯機工作模式（自動工作模式）
需聯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、探頭個數、探頭編號、預置譜等參數，通過窗口提示與聲音提醒，進行更換探頭等操作，測量完成后數據自動保存、自動求平均數、自動求誤差并進行自動解譜。
2.5系統特點
2.5.1*的設計思想
ZGF1001多球譜儀的寬能量范圍、獨立與聯機雙工作模式、多算法解譜、自動數據獲取、自動數據處理、在線解譜等設計思想處于*水平。
2.5.2*的支架設計
ZGF1001多球譜儀的慢化球支架設計可保證探測器的空間位置在每次測量保持*，有效保證測量質量。
2.5.3兩種工作模式
ZGF1001多球譜儀提供獨立與聯機兩種工作模式，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一鍵解譜，降低工作人員勞動負荷，減小受照風險。
2.5.4遠程通訊
ZGF1001多球譜儀可與控制電腦進行遠程通訊（<100米），有效降低工作人員的受照風險，確保在強輻射場中的輻射安全，同時提供相應的接口，與解譜程序進行數據傳遞。
2.5.5數據存儲
ZGF1001多球譜儀內置SD存儲卡，可將測量數據存儲起來，降低測量時的工作量，也可以通過數據傳輸功能將更多的數據存儲在電腦中。
2.5.6信號傳輸
ZGF1001多球譜儀的遠程信號傳輸采用全數字傳輸，同時電纜增加屏蔽層，雙重提高抗*力，確保信號質量。
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設置、數據獲取、數據分類、數據存儲、數據傳輸、數據回讀、測量控制等模塊，還提供部分數據處理功能，不僅方便測量工作、減少測量工作量，還能實現自動、快速測量、減小工作人員受照劑量，也有助于降低數據記錄和處理過程中的錯誤。
2.5.8自動解譜程序
本系統的解譜程序基于迭代算法、蒙卡算法、遺傳算法開發，多算法設置能確保適用于各種場合，內置標準預置譜，在進行必要的參數設置后，測量數據的自動讀入，可以實現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多球譜儀設計有2∽5個運輸儲存一體箱，方便運輸、架設和回收。
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 正比計數器
- 慢化體：進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
- 數據：可存儲、可遠程傳輸、可就地顯示
- 可擴展升級的系統：可為每個慢化球都配置一套探測器和電子學系統，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，方便現場使用。
- 每個探測器的測量數據都可單獨顯示。
- 手動或自動啟動/停止，可設置測量時間。
- 運輸儲存一體箱箱。
