阅读说明：本技术 在强脉冲x射线环境使用的中子计数方法及计数器 (Neutron counting method and counter used in strong pulse X-ray environment ) 是由 王昆仑 张思群 任晓东 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法及计数器,该方法包括慢化体、正比计数管、隔离电阻、隔离电容、放大电路、电缆和脉冲电源电路；脉冲电源电路,用于基于脉冲发生器生成的脉冲信号产生脉冲电压,并经电缆和隔离电阻发送给正比计数管；正比计数管,用于基于脉冲电压产生原始计数脉冲信号,并经隔离电容发送给放大电路,原始计数脉冲信号携带有偏压信号；放大电路,用于隔离原始计数脉冲信号携带的偏压信号,获取有效计数脉冲信号,并发送给示波器,以避开正比计数管被脉冲X射线辐照产生电子至电子被气体吸收之前的时间间隔,使得由X射线辐照电离产生的电子不因电场加速而增多,提高中子计数的准确性。(The invention discloses a neutron counting method and a counter used in a strong pulse X-ray environment, wherein the method comprises a moderator, a proportional counter tube, an isolation resistor, an isolation capacitor, an amplifying circuit, a cable and a pulse power supply circuit; the pulse power supply circuit is used for generating pulse voltage based on a pulse signal generated by the pulse generator and sending the pulse voltage to the proportional counter tube through the cable and the isolation resistor; the proportional counting tube is used for generating an original counting pulse signal based on the pulse voltage and sending the original counting pulse signal to the amplifying circuit through the isolating capacitor, and the original counting pulse signal carries a bias signal; the amplifying circuit is used for isolating a bias signal carried by the original counting pulse signal, acquiring an effective counting pulse signal and sending the effective counting pulse signal to the oscilloscope so as to avoid a time interval from the moment that the proportional counting tube is irradiated by the pulse X-ray to generate electrons to the moment that the electrons are absorbed by gas, so that the electrons generated by X-ray irradiation ionization are not increased due to the acceleration of an electric field, and the accuracy of neutron counting is improved.)

在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法及计数器

技术领域

本发明涉及脉冲中子测量领域，具体涉及一种在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法及计数器。

背景技术

中子计数器也称长中子计数器，传统的长中子计数器采用含氢材料慢化中子，然后利用加有恒定电压的正比计数管和与之连接的放大器，产生与中子计数相对应的电脉冲信号，完成对中子的计数。由于中子计数器中的正比计数管实际上是一个高增益的电子放大器，当正比计数管被强脉冲X射线辐照时，因X射线辐照电离产生的电子朝阳极运动过程中，轰击气体分子产生的次级电子在正比计数管内电场的作用下迅速朝阳极运动并被吸收，使得正比计数管内剩余大量正离子，正离子朝阴极运动。当正比计数管内正离子较多，朝阴极运动时间的时间就会较长，使得正比计数管内电场来不及恢复，导致与中子计数相对应的电脉冲信号减小甚至消失，造成中子计数不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有中子计数器在强脉冲X射线辐照下，中子计数不准确。因此，提供一种在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法及计数器，提高中子计数的准确性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法，包括：慢化体、正比计数管、隔离电阻、隔离电容、放大电路、电缆和脉冲电源电路；

所述脉冲电源电路，用于基于所述脉冲发生器生成的脉冲信号产生脉冲电压，并经所述电缆和所述隔离电阻发送给所述正比计数管；

所述正比计数管，用于在所述脉冲电压达到工作电压并与中子发生核反应时，产生原始计数脉冲信号，并经所述隔离电容发送给所述放大电路，所述原始计数脉冲信号携带有偏压信号；

所述放大电路，用于隔离所述原始计数脉冲信号携带的所述偏压信号，获取有效计数脉冲信号，并对所述有效计数脉冲信号进行放大；将所述放大后的有效计数脉冲信号发送给示波器。

进一步地，所述脉冲电源电路包括脉冲电源供电端、脉冲电源触发端、触发电路、开关、第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻和脉冲发生器；

所述脉冲电源电路，用于基于所述脉冲发生器生成的脉冲信号产生脉冲电压，包括：

所述脉冲电源供电端，用于连接电源，获取电源电压；

当连接电源时，所述电源电压经第一电阻发送给所述第一电容，对所述第一电容供电；

当所述第一电容的电压不高于所述正比计数管的工作电压，则所述脉冲发生器不产生脉冲信号，所述电缆的端电压经所述第三电阻泄放到地；

当所述第一电容的电压高于所述正比计数管的工作电压，所述脉冲发生器通过所述脉冲触发端发送脉冲信号；

当所述脉冲发生器生成脉冲信号，并通过所述脉冲电源触发端输出时，所述开关打开，所述第一电容将其对应的电压经所述开关发送给所述第二电阻，再经所述第二电阻输出脉冲电压。

进一步地，所述原始计数脉冲信号中还携带有由所述脉冲电压上升引起的正脉冲偏压信号和由所述脉冲电压下降引起的负脉冲偏压信号。

进一步地，所述放大电路包括放大器、第二电容、第四电阻和二极管；

所述放大电路，用于隔离所述原始计数脉冲信号携带的所述偏压信号，获取有效计数脉冲信号，并对所述有效计数脉冲信号进行放大，包括：

所述放大电路中的二极管，用于分流所述原始计数脉冲信号中携带的正脉冲偏压信号；

所述第二电容和所述第二电阻，用于隔离所述原始计数脉冲信号携带的负脉冲偏压信号，获取有效计数脉冲信号；

所述放大器，用于对所述有效计数脉冲信号进行放大。

进一步地，所述隔离电阻选取电阻值大小为10k-100k欧姆的电阻。

进一步地，所述隔离电容选取电容值大小为所述正比计数管的阴极和所述正比计数管的阳极间分布的电容的大小的1-5倍。

进一步地，所述正比计数管的阴极和所述正比计数管的阳极间分布的电容的大小为2-100pF。

一种基于上述在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法的中子计数器，所述中子计数器包括：

所述正比计数管设置在所述慢化体内，所述正比计数管的阴极与所述慢化体连接，所述正比计数管的阳极分别与所述隔离电阻和所述隔离电容连接；所述隔离电阻经所述电缆与所述脉冲电源电路连接，所述隔离电容与所述放大电路连接。

进一步地，所述脉冲电源供电端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端和所述开关的第一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述开关的第二端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述电缆的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述开关的第三端与所述脉冲发生器连接。

进一步地，所述隔离电容分别与所述二极管正极、所述第四电阻的一端和所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述放大器的输入端连接，所述放大器的另一输入端、所述二极管的阴极和所述第四电阻的另一端接地；所述放大器的输出端连接示波器。

本发明提供的在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法及计数器，通过采用脉冲电源电路产生脉冲电压为正比计数管供电，以避开正比计数管被脉冲X射线辐照产生电子至电子被气体吸收之前的时间间隔，使得由X射线辐照电离产生的电子不因电场加速而增多，使得正比计数管能在脉冲电压到来时产生与中子计数相对应的原始计数脉冲信号，并通过隔离电阻、隔离电容和放大电路对原始计数脉冲信号进行处理，以获取有效计数脉冲信号，提高中子计数的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法的流程图。

图2为图1中步骤S10的一具体流程图。

图3为图1中步骤S30的一具体流程图。

图4为本发明在强脉冲X射线环境使用的中子计数器的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1至图4所示，本发明提供一种在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法，包括：慢化体1、正比计数管2、隔离电阻R5、隔离电容C3、放大电路5、电缆3和脉冲电源电路4。

S10：脉冲电源电路4，用于基于脉冲发生器生成的脉冲信号产生脉冲电压，并经电缆3和隔离电阻R5发送给正比计数管2。

具体地，隔离电阻R5是一个阻值在10k-100k欧姆的电阻，其一端与正比计数管2的阳极相连，另一端通过电缆3与脉冲电源电路4相连，其作用是让脉冲电源电路4为正比计数管2加脉冲电压，同时隔离正比计数管2此时产生的计数脉冲信号。

S20：正比计数管2，用于在脉冲电压达到工作电压并与中子发生核反应时，产生原始计数脉冲信号，并经隔离电容C3发送给放大电路5，原始计数脉冲信号携带有偏压信号。

其中，原始计数脉冲信号指正比计数管2基于脉冲电压产生的信号。

偏压信号指脉冲电压上升或下降引起的信号，在正比计数管2中，脉冲电压会随时间发生变化，出现脉冲电压上升或下降情况。本实施例中的偏压信号包括正脉冲偏压信号和负脉冲偏压信号。其中，正脉冲偏压信号指正比计数管2中脉冲电压上升产生的脉冲信号，负脉冲偏压信号是指正比技术管2中脉冲电压下降产生的脉冲信号。

具体地，正比计数管2，在接收到脉冲电压后，当该脉冲电压达到正比计数管2的工作电压，正比计数管2与中子发生核反应，产生原始计数脉冲信号。随着时间变化，正比计数管2中的脉冲电压会发生变化，当正比计数管2中的脉冲电压会发生变化时，会产生对应的偏压信号。隔离电容C3是一个耐压超过正比计数管2工作电压的电容，其一端与正比计数管2的阳极相连，另一端与放大器U相连，其作用是传递正比计数管2产生的原始计数脉冲信号，并隔离正比计数管2产生的正脉冲偏压信号。本实施例中的隔离电容C3的大小为正比计数管2的阴极和正比计数管2的阳极间分布的电容的大小的1-5倍。其中，正比计数管2的阴极和正比计数管2的阳极间分布的电容的大小一般设置为2-100pF。

S30：放大电路5，用于隔离原始计数脉冲信号携带的偏压信号，获取有效计数脉冲信号，并对有效计数脉冲信号进行放大；将放大后的有效计数脉冲信号发送给示波器。

其中，有效计数脉冲信号指原始计数脉冲信号在隔离偏压信号后的脉冲信号。

具体地，放大电路5在传输正比计数管2产生的计数脉冲信号时，会隔离计数脉冲信号携带的偏压信号，并对有效计数脉冲信号进行放大，然后将放大后的有效计数脉冲信号发送给示波器，便于示波器记录。

进一步地，脉冲电源电路4包括脉冲电源供电端、脉冲电源触发端、触发电路、开关K1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2、第三电阻R3和脉冲发生器。如图2所示，步骤S10具体包括如下步骤：

S11：脉冲电源供电端，用于连接电源，获取电源电压。

其中，电源电压高于正比计数管2的工作电压。

S12：当连接电源时，电源电压经第一电阻R1发送给第一电容C1，对第一电容C1供电。

S13：当第一电容C1的电压不高于正比计数管2的工作电压，则脉冲发生器不产生脉冲信号，电缆3的端电压经第三电阻R3泄放到地。

其中，开关K1为常断开关，但在实际应用中，开关K1不会处于完全断开的状态，因此，当连接电源，在脉冲发生器没有生成脉冲信号情况下，电缆3的两端会存在一定的电压(即电缆的端电压)，为安全起见，需经第三电阻R3进行电压泄放，使正比计数管2的电压低于工作电压的二分之一。

具体地，第一电阻R1为一限流电阻，以使第一电容C1既不会因为充电太快对脉冲输入端造成影响，也不会因为充电太慢，使得等待时间过长。第二电阻R2也为一限流电阻，以使开关K1不会因为放电过快而烧毁，同时又使得正比计数管2在10-100微秒时间内能够达到工作电压。第三电阻R3为一泄放电阻，在进行电压泄放的同时，又使得正比计数管2充电后电压下降足够缓慢，电压下降的时间常数能够达到10-100毫秒。

S14：当第一电容C1的电压高于正比计数管2的工作电压，脉冲发生器通过脉冲触发端发送脉冲信号。

S15：当脉冲发生器生成脉冲信号，并通过脉冲电源触发端输出时，开关K1打开，第一电容C1将其对应的电压经开关K1发送给第二电阻R2，再经第二电阻R2输出脉冲电压。

具体地，当第一电容C1的电压高于正比计数管2的工作电压，则脉冲发生器通过脉冲触发端发送脉冲信号，以避开正比计数管2被脉冲X射线辐照产生电子至电子被气体吸收，使得由X射线辐照电离产生的电子不因电场加速而增多，保证与中子计数相对应的电脉冲信号不减小甚至消失，为后续中子计数提供准确的数据来源。

进一步地，原始计数脉冲信号中还携带有由脉冲电压上升引起的正脉冲偏压信号和由脉冲电压下降引起的负脉冲偏压信号。

进一步地，放大电路5包括放大器U、第二电容C2、第四电阻和二极管D，如图3所示，步骤S30，放大电路5，用于隔离原始计数脉冲信号携带的偏压信号，获取有效计数脉冲信号，并对有效计数脉冲信号进行放大，包括：

S31：放大电路5中的二极管D，用于分流原始计数脉冲信号中携带的正脉冲偏压信号。

S32：第二电容C2和第二电阻R2，用于隔离原始计数脉冲信号携带的负脉冲偏压信号，获取有效计数脉冲信号。

S33：放大器U，用于对有效计数脉冲信号进行放大。

其中，放大器U是一个可以工作在0.01MHz-1MHz频段的放大器U，其电压放大比>100，其作用是放大有效计数脉冲信号，并发送给示波器，以便于示波器记录。

具体地，负脉冲偏压信号变化率的绝对值低于有效计数脉冲信号绝对值,因此，首先通过二极管D，分流原始计数脉冲信号中携带的正脉冲偏压信号，然后通过第二电容C2和第二电阻R2隔离原始计数脉冲信号携带的负脉冲偏压信号，获取有效计数脉冲信号，最后通过放大器对有效计数脉冲信号放大，以便于示波器记录。

本发明提供的在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法，通过采用脉冲电源电路4产生脉冲电压为正比计数管2供电，并通过隔离电阻R5隔离正比计数管2产生的计数脉冲信号，以避开正比计数管2被脉冲X射线辐照产生电子至电子被气体吸收之前的时间间隔，使得由X射线辐照电离产生的电子不因电场加速而增多，使得正比计数管2能在脉冲电压到来时产生与中子计数相对应的原始计数脉冲信号，隔离电容C3与放大电路5隔离正比计数管2产生的正脉冲偏压信号和负脉冲偏压信号，以获取有效计数脉冲信号并对有效计数脉冲信号放大，方便示波器记录，提高中子计数的准确性。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，一种基于上述在强脉冲X射线环境使用的中子计数方法的中子计数器，中子计数器包括：

正比计数管2设置在慢化体1内，正比计数管2的阴极与慢化体1连接，正比计数管2的阳极分别与隔离电阻R5和隔离电容C3连接；隔离电阻R5经电缆3与脉冲电源电路4连接，隔离电容C3与放大电路5连接。

进一步地，脉冲电源供电端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端和开关K1的第一端连接，第一电容C1的另一端接地，开关K1的第二端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端和电缆3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地，开关K1的第三端与脉冲发生器连接。

进一步地，隔离电容C3分别与二极管D正极、第四电阻的一端和第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与放大器U的输入端连接，放大器U的另一输入端、二极管D的阴极和第四电阻的另一端接地；放大器U的输出端连接示波器。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。