[發明專利]中子位置探測器、探測系統和探測方法

無效

• 申請號: 201210117203.X
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN103376461A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 孫志嘉;唐彬;馬驍妍;陳元柏;張強;楊振;楊桂安;許虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T3/06
• 分類號: G01T3/06
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 雷志剛;潘士霖

技術領域

本申請涉及一種中子位置探測器、探測系統和探測方法。

背景技術

中子和X射線都是人類探索物質微觀結構的有效探針。自英國物理學家查德威克(J.Chadwick)在1932年發現中子后，中子及中子散射技術的應用使人們對物質微觀結構的認識日新月異。與X射線不同，中子不帶電，能輕易的穿透電子層，與原子核發生核反應，其質量衰減系數與入射的中子能量和物質的原子核截面有關。因此可以說中子是目前研究物質結構和動力學性質的理想探針。中子散射技術利用低能中子(E_n＜1eV)的波長與原子間距相近，同時能量和原子、分子的熱運動能量大體相當，來研究物質結構和運動狀態.散射后的中子需要用位置靈敏度高的中子位置探測器接收，以獲得散射中子的出射角度，為分析物質結構提供有效信息。這要求中子位置探測器具有以下幾點性能：高計數率、高探測效率、大立體角、高定位精度和高n/γ抑制比。

由于中子不帶電，一般利用核反應法進行探測。較為常用的有³He(n，p)³T、¹⁰Be(n，α)⁷Li和⁶Li(n，α)³T反應，它們與中子的反應截面都比較大。其中基于3He氣體發展起來的中子位置探測器是目前最常用，且技術較成熟的中子探測手段，如美國GE?Energy公司生產的高氣壓3He位置敏感正比計數器。其結構見圖1，主要由陽極絲12、氣體密封管13和信號引出接頭11構成，氣體密封管內充一定氣壓的3He氣體和其他猝滅性氣體，入射中子和3He核反應產生的次級帶電粒子在猝滅性氣體中損失能量并產生電離，電離產生的正負電子對在陽極絲上感應出信號，該信號經陽極絲兩端輸入到后端電子學，通過分析兩端的電信號，可以得到入射中子的位置信息。

近些年由于反恐形勢需要和全世界3He的匱乏，使3He價格暴漲，近3年3He氣體價格漲幅超過20倍，基于3He的探測器也就十分昂貴。以1英寸的一個大氣壓3He位置敏感正比計數器為例，目前的報價是5-10萬人民幣，這樣一個的1m²探測器陣列造價在300萬以上.目前許多實驗室都在研發新型中子位置探測器以滿足各種科學需要，如半導體中子位置探測器，涂硼GEM中子位置探測器.這些探測器都處在研發階段，面臨的主要問題是中子探測效率低，n/γ抑制比不高，同時受限于技術層面的問題，其關鍵部件同樣造價昂貴。

發明內容

在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

根據本發明的一個方面，

一種中子位置探測器，包括光電轉換器件，以及疊置的兩個中子敏感閃爍體和波移光纖陣列；

其中：

所述兩個中子敏感閃爍體分別疊置在所述波移光纖陣列的上、下兩側；

所述中子敏感閃爍體用于接收中子并產生光子；

所述波移光纖陣列接收所述中子敏感閃爍體產生的光子，并將所述光子傳輸至光電轉換器件；

所述光電轉換器件將所述波移光纖陣列傳輸的光子轉換為電信號并輸出。

更進一步地，中子位置探測器中，所述波移光纖陣列包括第一波移光纖層和第二波移光纖層，所述第一波移光纖層所處的平面與所述第二波移光纖層所處的平面互相平行；

所述第一波移光纖層和第二波移光纖層均包含平行排布的多個光纖組，每個所述光纖組均包括一條或多條平行排列的光纖；

所述第一波移光纖層中的多個光纖組與所述第二波移光纖層的多個光纖組相互垂直。

更進一步地，中子位置探測器中，所述光纖包括密度互不相同的包層與芯層；

所述包層套設在所述芯層的外表面；

所述芯層包括波移物質。

更進一步地，中子位置探測器中，所述中子敏感閃爍體包括中子敏感材料和電離輻射靈敏材料；

其中，所述中子敏感材料用于與中子發生核反應并產生帶電粒子；

所述電離輻射靈敏材料受所述帶電粒子電離、激發和退激，并在退激時產生光子。

更進一步地，中子位置探測器中，所述光電轉換器件包括第一光電轉換器件和第二光電轉換器件；

其中：

所述第一光電轉換器件與第一波移光纖層的多個光纖組的兩端連接；