中子数字成像——高能探测器应用新领域

1、中子：不带电的粒子流。辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器，在原子核受到外来粒子的轰击时产生核反应，从原子核里释放出来。中子按能量大小分为：快中子、慢中子和热中子。中子电离密度大，常常引起大的突变。
2、中子射线照相检测的特点：
（1）中子射线比x射线和r射线具有更强的穿透力，对含氢材料表现为很强的散射性能等特点。
（2）中子通过物质时与原子核相互作用而衰减，且不同的元素有不同的吸收系数。中子不能直接使X射线胶片感光成像，而是通过一种特殊的转换屏与X射线底片组合使用。
（3）可以用来检查含氢、硼、锂的物质与重金属组合的物体、检查爆炸装置、检查陶瓷中的含水情况、检查密封在金属中的固体火箭推进剂，也可以对原子序数相近或同一元素不同同位素进行检测及检查核燃料等。
3、中子射线照相技术原理：
中子射线照相的基本透照布置如图1所示。从中子源发出的中子束，通过准直器照射到被检工件，检测器记录透射的中子束分布图像。不同物质具有不同的中子衰减系数，因此透射中子束的分布图像可以形成工件缺陷和杂质等的图像。

1. 快中子源　2. 减速剂　3. 中子吸收层4. 准直器　5. 中子束　6. 工件　7. 胶片
D ——中子入射孔径　L ——准直器长度
图1中子射线照相的基本透照布置图
4、常用中子检测方法：
中子检测技术目前常用的方法有热中子法（TNA）：测量射线为中子俘获反应产生的特征γ射，主要测量元素有核材料，Ｈ，Ｎ，CL，Ｐ、快中子法（FNA）（常用14MeV）：测量射线为中子非弹性散射所激发的次级γ射，主要测量元素有Ｏ，Ｃ，（Ｈ），（Ｎ）、脉冲快热中子法（PFTNA）：测量射线为在脉冲产生时测量中子非弹γ谱和脉冲间隙测量俘获γ谱，主要测量元素有核材料，Ｈ，Ｎ，CL，Ｐ，Ｏ，Ｃ、伴随a粒子成像技术/飞行时间法（API/TOF）：测量射线为利用符合技术测量中子非弹性散射所激发的次级γ射线，主要测量元素有Ｏ，Ｃ，Ｎ，金属材料。
5、中子探测器XNC8800系列
针对高密度、大尺寸、超厚度零器件的检测，X-Scan公司最近推出一款中子成像探测器——XNC8804系列线探测器。美国硅谷X-Scan imaging 公司是专注于X射线线阵探测器和芯片的专业供应商，在无损探伤领域拥有丰富的成功经验。X-Scan的产品集信号探测、信号放大、数字输出于一体，有多种控制功能可供选择，可方便地与计算机连接，实现图像或信号的数字化处理。该产品主要面向核电厂、海关边防等应用领域。
主要性能指标：
·检测能量范围：0.025eV~14MeV；
·闪烁体材料：NE-426；
·主要用于快种子和热中子成像；
·硼酸聚乙烯防护、异轴成像、光纤面板耦合技术；
·探测长度可选；
·模数转换：16bits；
·读取噪声：80 ADU；
·操作温度：0到 +40 °C；
·存储温度：–10 到 +50 °C；
·操作和存储湿度：20%到 90 %；
电源电压：100 到240 VAC。

图2中子探测器XNC8800系列实物图
XNC8800系列探测器型号如下表：
型号有效长度有效像素数
XNC8850系列XNC8804系列XNC8808系列
0.8mmXNC8816系列
1.6mm
高分辨率50um低分辨率
100um高分辨率0.4mm低分辨率
0.8mm
XW88**-061543072153638419219296
XW88**-1230861443072768384384192
XW88**-18463921646081152576576288
XW88**-246171228861441536768768384
XW88**-36925184239216230411521152576
XW88**-4812342457612288307215361536768


主要应用方向：
·放射性袭击的应急响应；
·海关和边防巡逻；
·政府执法部门；
·核电厂、银行、政府实验室、医疗设备等部门的安全控制；
·军队；消防队；
·应急响应部门；
·采矿业；核电厂、核实验室、放射医学或核废料安全检测。

图3 计算机软驱中子成像图（局部） 图4 继电器中子成像图