采用硅光電倍增管和塑閃陣列的便攜式快中子成像系統(tǒng)的可行性研究

張 雨 張 健 張國光

（中國原子能科學(xué)研究院 北京102413）

相比于X、γ射線透射技術(shù)是利用物質(zhì)密度進(jìn)行成像，中子透射成像可以突顯輕元素構(gòu)成的物質(zhì)，與其他成像技術(shù)形成互補(bǔ)；中子穿透能力更強(qiáng)，對于密度較高的屏蔽物質(zhì)也能很好地展現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。基于以上兩點，中子透射成像技術(shù)在制造業(yè)、核工程和建筑業(yè)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值［1-4］。

中子透射成像使用快中子，探測器部分常使用發(fā)光材料，將中子轉(zhuǎn)化成光子再進(jìn)行探測。探測光子常使用電子耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）。CCD位置分辨能力高是這種方法最大的優(yōu)點。但是中子會造成CCD 的輻射損傷，因此中子源、發(fā)光材料和CCD 不能置于一條直線，CCD 裝置幾何中心與發(fā)光材料幾何中心構(gòu)成的直線，通常與中子束方向成90°，光子通過望遠(yuǎn)鏡法進(jìn)行探測［5］；除此之外，此系統(tǒng)需要中子準(zhǔn)直。以上兩點決定系統(tǒng)體積較大，通常不方便移動。Hall 等［6］利用加速器型的D-D中子源，使用塑料閃爍體BC-408作為中子-光子轉(zhuǎn)換屏，并使用CCD望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)探測光子，實現(xiàn)了中子透射成像。中子源能量約為10 MeV，中子源焦點尺寸約1.5 mm；整個系統(tǒng)的位置分辨能力約為1 mm。此系統(tǒng)用于檢測輕元素材料中的孔洞、缺陷等；系統(tǒng)可以在重元素材料屏蔽的情況下，檢測出立方毫米級別的孔洞和缺陷。系統(tǒng)整體需要約10 m×4 m的占地面積，比較龐大。

近年來，有研究利用塑料閃爍體和光電倍增管或硅光電倍增管（Silicon PhotoMultiplier，SiPM）制作的探測器進(jìn)行中子成像，此類探測器對于中子有一定的抗輻照能力，因此結(jié)構(gòu)相對緊湊。……