慢中子轉(zhuǎn)換體及慢中子探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及慢中子探測，具體而言，涉及慢中子轉(zhuǎn)換體及具有該慢中子轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的慢中子探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著慢中子探測、成像技術(shù)在國土安全、材料監(jiān)測、慢中子散射源測量等多個方向應(yīng)用逐漸增多，對于慢中子探測器的需求也逐漸增加。然而，廣泛使用的3He氣體已不能滿足持續(xù)增長的使用需求，不同類型的新型慢中子探測器被研發(fā)出來用于替代3He，包括氣體慢中子探測器、閃爍體慢中子探測器、半導(dǎo)體慢中子探測器等。
[0003]對一個慢中子探測器而言，慢中子轉(zhuǎn)換體是其中的一個重要結(jié)構(gòu)。慢中子本身不帶電荷，除了少數(shù)幾種慢中子敏感核素如6L1、1()B、Gd等，慢中子與其他物質(zhì)的反應(yīng)截面都比較小，直觀效果就是慢中子難以被直接探測到。慢中子轉(zhuǎn)換體內(nèi)部富含較多的慢中子敏感核素，能夠通過核反應(yīng)將慢中子轉(zhuǎn)換為帶電粒子。探測器可以較為方便地測量到這些帶電粒子的能量、位置信息，進而可以得到入射慢中子的相關(guān)物理信息。
[0004]在氣體慢中子探測器設(shè)計中，根據(jù)使用的基礎(chǔ)探測器的不同，可有多種類型的慢中子轉(zhuǎn)換體與慢中子探測器，例如基于圓柱形正比探測器陣列的氣體慢中子探測器、基于平板型電離室堆疊的氣體慢中子探測器。
[0005]在基于圓柱形正比探測器陣列的氣體慢中子探測器中，最基本的慢中子探測單元是一個圓柱形的正比探測器，每個單元都有獨立的陽極絲和信號收集處理系統(tǒng)，典型代表如“稻草管”慢中子探測器陣列。然而，探測器的慢中子敏感面積與慢中子探測效率大致與圓柱形正比探測器個數(shù)的二次方成正比，整個系統(tǒng)內(nèi)大量陽極絲的安裝、維修會有很大的工作量，各個慢中子探測單元探測效率的差異也會影響系統(tǒng)整體的性能。
[0006]在基于平板型電離室堆疊的氣體慢中子探測器中，最基本的慢中子探測單元是一個平板型電離室，每個電離室有獨立的二維信號讀出系統(tǒng)，典型代表如Gd-GEM慢中子探測器。然而，單層平板電離室的慢中子探測效率比較低，需要采用多個堆疊、慢中子掠入射等方法提高整體的慢中子探測效率，但這會給整體的信號讀出處理帶來很大壓力，不方便實現(xiàn)大面積慢中子探測。
[0007]因此，需要一種新的慢中子轉(zhuǎn)換體及慢中子探測器。
[0008]在所述【背景技術(shù)】部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本申請公開一種慢中子轉(zhuǎn)換體及慢中子探測器，能夠保持較高的慢中子探測效率。
[0010]本公開的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習(xí)得。
[0011]根據(jù)本公開的一方面，提供一種慢中子轉(zhuǎn)換體，包括:基體，所述基體包括沿第一方向延伸的多個孔洞和所述多個孔洞之間的絕緣壁;硼層，至少覆蓋所述多個孔洞的暴露表面。所述多個孔洞為貫穿孔洞。
[0012]根據(jù)一些實施例，每個孔洞具有圓形或多邊形截面。
[0013]根據(jù)一些實施例，每個孔洞具有正多邊形截面。
[0014]根據(jù)一些實施例，每個孔洞具有正六邊形截面且所述多個孔洞均勻排布，從而所述慢中子轉(zhuǎn)換體具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)一些實施例，每個孔洞具有0.1mm至20mm范圍內(nèi)的內(nèi)切圓直徑。
[0016]根據(jù)一些實施例，每個孔洞具有3mm至10mm范圍內(nèi)的內(nèi)切圓直徑。
[〇〇17]根據(jù)一些實施例，所述基體沿所述第一方向具有l(wèi)cm至30cm范圍內(nèi)的高度。
[〇〇18]根據(jù)一些實施例，所述基體沿所述第一方向具有l(wèi)〇cm至15cm范圍內(nèi)的高度。
[〇〇19]根據(jù)一些實施例，所述硼層包括natB。
[0020]根據(jù)一些實施例，所述硼層具有0.232-0.694mg/cm2的質(zhì)量厚度。
[〇〇21]根據(jù)一些實施例，所述硼層具有0.3-0.4mg/cm2的質(zhì)量厚度。
[〇〇22]根據(jù)一些實施例，所述硼層具有0.37mg/cm2的質(zhì)量厚度。
[0023]根據(jù)一些實施例，所述基體具有立方體或長方體形狀。
[〇〇24]根據(jù)一些實施例，所述絕緣壁具有1微米至50微米范圍內(nèi)的厚度。
[〇〇25]根據(jù)一些實施例，所述絕緣壁具有5微米至20微米范圍內(nèi)的厚度。
[0026]根據(jù)一些實施例，所述絕緣壁包括芳纟侖紙。
[0027]根據(jù)本公開的另一方面，提供一種慢中子探測器，包括:如前所述的任一慢中子轉(zhuǎn)換體，其中所述多個孔洞中填充電離工作氣體；陰極極板，設(shè)置在所述慢中子轉(zhuǎn)換體的一端；電子倍增器，設(shè)置在所述慢中子轉(zhuǎn)換體的另一端；陽極極板，與所述電子倍增器相對設(shè)置，所述陰極極板和所述陽極極板用于在二者之間形成電場。
[0028]根據(jù)一些實施例，所述電子倍增器包括氣體電子倍增器、微網(wǎng)平面氣體探測器。
[0029]根據(jù)一些實施例，慢中子探測器還包括具有圓柱狀結(jié)構(gòu)的場籠，所述場籠圍繞所述慢中子轉(zhuǎn)換體。
[0030]根據(jù)一些實施例，所述場籠包括多個同軸銅圈，所述多個同軸銅圈用于分別加上梯度電壓。
[0031]根據(jù)一些實施例，慢中子探測器還包括設(shè)置在所述場籠兩側(cè)的保護環(huán)。
[0032]根據(jù)本公開的慢中子轉(zhuǎn)換體及慢中子探測器，能夠保持較高的慢中子探測效率。另外，根據(jù)本公開的方案，可以降低探測器制作的復(fù)雜程度與制作的成本，從而實現(xiàn)有效、便捷、低成本的慢中子探測目的。
【附圖說明】
[0033]通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本公開的上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯。
[0034]圖1示出根據(jù)本公開一示例實施方式的慢中子轉(zhuǎn)換體的立體圖；
[0035]圖2示出圖1所示的慢中子轉(zhuǎn)換體的剖視圖；
[〇〇36]圖3示出根據(jù)本公開的慢中子轉(zhuǎn)換體的慢中子探測效率與硼層質(zhì)量厚度的關(guān)系圖；
[0037]圖4示出根據(jù)本公開一示例實施方式的慢中子探測器的結(jié)構(gòu)圖；
[〇〇38]圖5示出根據(jù)本公開的慢中子探測器的工作原理圖。
具體實施例
[0039]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施例。然而，示例實施例能夠以多種形式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施例;相反，提供這些實施例使得本公開將全面和完整，并將示例實施例的構(gòu)思全面地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復(fù)描述。
[0040]此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以實踐本公開的技術(shù)方案而沒有所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、材料、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結(jié)構(gòu)、方法、裝置、實現(xiàn)、材料或者操作以避免模糊本公開的各方面。
[0041]本公開提出一種新型探測器，利用硼層結(jié)構(gòu)制作慢中子轉(zhuǎn)換體，其完成慢中子吸收、帶電粒子電離和電子漂移等功能，再利用電子倍增器件來實現(xiàn)信號的放大。
[〇〇42]圖1示出根據(jù)本公開一示例實施方式的慢中子轉(zhuǎn)換體的立體圖。圖2示出圖1所示的慢中子轉(zhuǎn)換體的剖視圖。應(yīng)理解，圖1-2示意性示出的結(jié)構(gòu)僅是根據(jù)本公開的慢中子轉(zhuǎn)換體的一種示例，本公開并不限于此。
[0〇43]如圖1-2所示，根據(jù)本公開的慢中子轉(zhuǎn)換體100可包括基體120。
[0044]基體120可包括沿第一方向貫穿所述基體的多個孔洞124和所述多個孔洞之間的絕緣壁122。
[〇〇45]每個孔洞124可具有圓形或多邊形截面。根據(jù)一些實施例，每個孔洞具有正多邊形截面。根據(jù)另一些實施例，個孔洞具有正六邊形截面且所述多個孔洞均勻排布，從而所述慢中子轉(zhuǎn)換體具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，如圖1-2所示，但本公開不限于此?？锥?24可用于填充電離工作氣體，如后面所詳細描述的。
[0046]如圖2所示，慢中子轉(zhuǎn)換體100還包括至少覆蓋所述多個孔洞124的暴露表面的硼層126。根據(jù)一些實施例，可通過浸涂或其他合適的方式形成硼層126。
[0047]孔洞124可具有光滑的暴露表面，從而使覆蓋基體122的硼層具有較好的均勻性和表面粗糙度(例如，小于〇.1微米的平整度)。
[0048]根據(jù)本公開，可使用natB(自然硼)或1()B(提純硼)作為慢中子轉(zhuǎn)換材料。
[0049]根據(jù)一些實施例，基體120具有立方體或長方體形狀，但本公開不限于此。
[0050]根據(jù)一些實施例，絕緣壁122可具有1微米至50微米范圍內(nèi)的厚度。例如，絕緣壁可具有5微米至20微米范圍內(nèi)的厚度。
[0051 ] 根據(jù)一些實施例，絕緣壁122包括芳綸紙。
[〇〇52]圖3示出根據(jù)本公開的慢中子轉(zhuǎn)換體慢中子探測效率與硼層質(zhì)量厚度關(guān)系的曲線圖。
[〇〇53]如圖3所示，如果使用natB作為慢中子轉(zhuǎn)換材料，硼層的質(zhì)量厚度