[實用新型]中子探測器

有效

• 申請號: 201320175435.0
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN203217087U
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 孫志嘉;周健榮;陳元柏;王艷鳳;許虹;楊桂安;唐彬;楊振
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01T3/08
• 分類號: G01T3/08
• 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

本實用新型涉及一種中子探測技術，特別是一種中子探測器。

背景技術

當前國際形勢下，中子探測器的發展與應用面臨巨大挑戰。對于熱中子(波長下文同)，一般利用核反應法進行探測，常用的有³He(n,p)T、¹⁰B(n,α)⁷Li和⁶Li(n,α)T三個核反應，它們與中子的反應截面都比較大，其中³He氣體化學穩定、截面大、在高氣壓下仍具有很好的正比特性，被認為理想的熱中子探測材料。目前國際上超過70%以上的中子散射譜儀采用³He氣體探測器，主要有兩種，一類是采用多根位置靈敏型高氣壓³He管組成一個面探測器陣列，配合適當的讀出電子學可獲得～5mm的位置分辨率；另一類是高氣壓³He多絲正比室，位置分辨率約2mm；這兩類探測器都能實現大面積探測，探測效率達50%以上，γ抑制能力高，且均有商業化產品，是一項工藝成熟的技術。³He氣體是由制造核武器氫彈的原料氚經β衰變(半衰期12.3年)生成，然后通過提純得到高純度的³He氣體，一直以來只有美國能夠大量生產該氣體，其產量決定于氚的生產及³He氣體的需求，美國于1988年關閉了氚的生產，隨著近年來日益急劇增長的³He氣體的需求，導致自2008年開始，出現³He氣體資源供應嚴重不足的國際形勢，價格也在近5年內上漲超過20倍，而且³He氣體被作為戰略物質由美國能源部嚴格控制出口，這一情況的出現使得中子散射譜儀繼續使用高氣壓³He氣體探測器搭建大規模探測系統幾乎不再可能，研發新型中子探測器已迫在眉睫。近年來，全世界科學家一直在努力尋求替代³He氣體的新型中子探測技術，使得該方向目前已成為粒子探測領域的新熱點。現在大致有四個方向：⁶LiF/ZnS(Ag)閃爍體，涂硼GEM，內涂硼管以及三氟化硼（BF₃）管。其中BF₃管，沿絲方向做一維位置分辨，采用多根排列在一起組成陣列，實現二維成像，除了探測效率低以外，其它性能均可與³He管相比，能制作大面積譜儀探測器，造價便宜，技術相對成熟可靠，其研究前景備受期待。

BF3探測技術作為最早的中子探測技術之一，使用時間長，然而由于探測效率低，到目前為止，主要僅限于劑量監測等領域的應用，氣壓一般小于1個大氣壓（1atm），管直徑從1/2-2英寸不等，工作電壓1-4kV，目前國際上還沒有超過2atm的BF3計數管出現。這是由于BF3氣體本身是負電性氣體，使得探測效率低于中子俘獲效率，在高氣壓下不具有很好的正比特性，且需要很高的工作電壓，故不能像3He氣體通過提高氣壓來大幅提高探測效率，這也是自3He氣體出現后，BF3幾乎完全被3He所取代的直接原因，并導致了BF3氣體探測器技術研究的中斷，其大量研究集中在上世紀50-70年代，研究內容包括氣壓，氣體純度，氣體老化以及氣體密封與氣室處理等制作BF3管的關鍵技術，氣壓都在1atm以下，也沒有涉及到位置靈敏管的研究。

在面對當前³He氣體嚴重短缺的局面，BF₃探測技術又再度重新被重視。除了增加氣壓可以提高探測效率以外，另外一種方法就是通過增加探測器靈敏厚度，然而，隨著探測器厚度的增加，一方面，電子橫向擴散變大，位置分辨變差；另一方面，入射中子被俘獲的位置不確定范圍變大，導致飛行時間（Time?of?Flight,TOF）分辨變差；這兩個方面都會降低譜儀的分辨率。譜儀探測器常用的管直徑為1英寸、1/2英寸和1/3英寸三種尺寸，圖1為1atm和2atm濃縮BF₃(¹⁰B豐度96%)氣體不同厚度的熱中子俘獲效率，由圖1可知，即使采用2atm直徑1英寸管中心處俘獲效率也只有35%。

實用新型內容

在下文中給出關于本實用新型的簡要概述，以便提供關于本實用新型的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本實用新型的窮舉性概述。它并不是意圖確定本實用新型的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本實用新型的范圍。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。

本實用新型提供一種中子探測器，用于實現在提高中子探測效率的同時不降低位置分辨和TOF時間分辨。