[發明專利]含硼氣膜快中子探測器

有效

• 申請號: 201210207062.0
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN103513267A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 李元景;楊祎罡;張勤儉;劉毅;邰揚
• 申請（專利權）人: 同方威視技術股份有限公司;清華大學
• 主分類號: G01T3/06
• 分類號: G01T3/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰;楊楷

技術領域

本發明一般性地涉及核技術應用，特別是中子散射和安全檢測技術。更具體地，本發明涉及一種快中子探測器。

背景技術

對于口岸、港口等場所的安全檢測技術而言，放射性物質檢測技術是其中重要的一項。對放射性物質的檢測主要包含針對γ射線和中子射線的探測。在傳統的針對中子射線的探測技術中，利用³He正比計數器和聚乙烯慢化體進行快中子檢測是一種常規方案。但是，由于世界性的³He供氣不足、價格高昂問題，導致該方案中³He正比計數器的實用性不斷下降，因此人們一直在尋找³He的替代解決方案。

由于探測中子的反應類型是核反應，而核反應的參與者是中子與原子核。高探測效率所要求的高中子吸收截面與帶電粒子出射特性使得可用的核素（與原子核對應）類型非常有限。總體而言，¹⁰B，⁶Li，^155,?157Gd是僅有的可選核素，而¹⁰B又是其中的優選核素。目前，國際上已經成立了合作組來專門研究基于¹⁰B的中子探測器。

在申請人2011年12月28日提交的、申請號為201110446162.4的中國專利申請中，提供了一種可以基于¹⁰B作為中子反應核素的快中子探測器。該專利申請的優選實施例利用由涂硼鋁箔包裹的塑料閃爍體來實現快中子探測，其基本原理為：快中子在塑料閃爍體中發生反沖，將能量交給反沖質子（或其它原子核，如¹²C），質子在塑料閃爍體中進行電離、發光形成第一個信號；與此同時，中子的能量降低并被慢化為熱中子，直至被附著在鋁箔表面的硼層所吸收。硼層中的¹⁰B與熱中子發生如下反應：

????????????????（1）

該反應的產物為⁷Li和α粒子，它們均攜帶若干MeV的動能，且互為背向。二者之一穿透硼層進入塑料閃爍體形成電離、發光，從而形成第二個信號。所述第一個信號和第二個信號之間存在時間差。該時間差的大小并不確定，但是近似為指數分布，典型的均值大小一般為數十微秒，具體均值由探測器的結構參數（塑料閃爍體的尺寸與涂硼厚度）決定。

上述中國專利申請中提供的技術方案有其特有的優點，但是該技術需要例如在鋁箔等基底材料上涂硼形成含硼鍍膜，而該工藝的單位時間產出率較低。此外，由于存在鋁箔這樣的基底材料，使得反應式（1）中生成的兩個背向帶電粒子α和⁷Li中只有一個粒子能夠進入塑料閃爍體單元，這使得其所形成的信號幅度降低，不利于提高“第二個信號”的幅度，不利于改善符合特性。

發明內容

本發明的一個目的旨在提供一種無需利用緊缺核素³He進行快中子檢測的新的技術方案，以便降低制造成本，更好地滿足日益增長的安檢設備對快中子探測器的需求。

本發明一個進一步的目的是要簡化快中子探測器的制造工藝，提高生產效率。

本發明另一個進一步的目的是要提高快中子探測器探測過程中所形成信號的幅度，更有利地改善快中子探測器的符合特性。

總體而言，本發明創造性地采用如下基本思路來實現本發明的上述目的，即：利用塑料閃爍體為中子慢化和信號形成介質，利用含硼氣體在相鄰塑料閃爍體之間形成的含硼氣膜作為中子吸收介質，從而形成一種新型的快中子探測器。為描述方便，本文將這種新型的快中子探測器類型稱為“含硼氣膜快中子探測器”。

具體地，本發明提供的快中子探測器包括：具有中空腔室的封裝件；設置在所述腔室中的塑料閃爍體陣列，所述塑料閃爍體陣列包括多個塑料閃爍體單元，相鄰所述塑料閃爍體單元之間存在間隙；以及充入且氣密密封在所述腔室中的含硼氣體，所述含硼氣體在相鄰塑料閃爍體單元之間的間隙中形成含硼氣膜。

優選地，所述含硼氣體為BF₃氣體。替代性地，所述含硼氣體亦可為BBr₃氣體。

優選地，所述含硼氣膜的厚度范圍由下式確定：0.1atm·mm?≤?P×d?≤?9atm·mm，其中P為所充含硼氣體的氣壓，d為所述含硼氣膜的厚度。

優選地，當所充含硼氣體的氣壓為1個標準大氣壓時，所述含硼氣膜的厚度為大約0.8mm～1.2mm，更優選地為大約1mm。

優選地，每個所述塑料閃爍體單元的高度為大約10cm～50cm，長度和寬度為大約0.5cm～2cm。