慢中子转换体及慢中子探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及慢中子探测，具体而言，涉及慢中子转换体及具有该慢中子转换结构的慢中子探测器。
【背景技术】
[0002]随着慢中子探测、成像技术在国土安全、材料监测、慢中子散射源测量等多个方向应用逐渐增多，对于慢中子探测器的需求也逐渐增加。然而，广泛使用的3He气体已不能满足持续增长的使用需求，不同类型的新型慢中子探测器被研发出来用于替代3He，包括气体慢中子探测器、闪烁体慢中子探测器、半导体慢中子探测器等。
[0003]对一个慢中子探测器而言，慢中子转换体是其中的一个重要结构。慢中子本身不带电荷，除了少数几种慢中子敏感核素如6L1、1()B、Gd等，慢中子与其他物质的反应截面都比较小，直观效果就是慢中子难以被直接探测到。慢中子转换体内部富含较多的慢中子敏感核素，能够通过核反应将慢中子转换为带电粒子。探测器可以较为方便地测量到这些带电粒子的能量、位置信息，进而可以得到入射慢中子的相关物理信息。
[0004]在气体慢中子探测器设计中，根据使用的基础探测器的不同，可有多种类型的慢中子转换体与慢中子探测器，例如基于圆柱形正比探测器阵列的气体慢中子探测器、基于平板型电离室堆叠的气体慢中子探测器。
[0005]在基于圆柱形正比探测器阵列的气体慢中子探测器中，最基本的慢中子探测单元是一个圆柱形的正比探测器，每个单元都有独立的阳极丝和信号收集处理系统，典型代表如“稻草管”慢中子探测器阵列。然而，探测器的慢中子敏感面积与慢中子探测效率大致与圆柱形正比探测器个数的二次方成正比，整个系统内大量阳极丝的安装、维修会有很大的工作量，各个慢中子探测单元探测效率的差异也会影响系统整体的性能。
[0006]在基于平板型电离室堆叠的气体慢中子探测器中，最基本的慢中子探测单元是一个平板型电离室，每个电离室有独立的二维信号读出系统，典型代表如Gd-GEM慢中子探测器。然而，单层平板电离室的慢中子探测效率比较低，需要采用多个堆叠、慢中子掠入射等方法提高整体的慢中子探测效率，但这会给整体的信号读出处理带来很大压力，不方便实现大面积慢中子探测。
[0007]因此，需要一种新的慢中子转换体及慢中子探测器。
[0008]在所述【背景技术】部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0009]本申请公开一种慢中子转换体及慢中子探测器，能够保持较高的慢中子探测效率。
[0010]本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
[0011]根据本公开的一方面，提供一种慢中子转换体，包括:基体，所述基体包括沿第一方向延伸的多个孔洞和所述多个孔洞之间的绝缘壁;硼层，至少覆盖所述多个孔洞的暴露表面。所述多个孔洞为贯穿孔洞。
[0012]根据一些实施例，每个孔洞具有圆形或多边形截面。
[0013]根据一些实施例，每个孔洞具有正多边形截面。
[0014]根据一些实施例，每个孔洞具有正六边形截面且所述多个孔洞均匀排布，从而所述慢中子转换体具有蜂窝状结构。
[0015]根据一些实施例，每个孔洞具有0.1mm至20mm范围内的内切圆直径。
[0016]根据一些实施例，每个孔洞具有3mm至10mm范围内的内切圆直径。
[〇〇17]根据一些实施例，所述基体沿所述第一方向具有lcm至30cm范围内的高度。
[〇〇18]根据一些实施例，所述基体沿所述第一方向具有l〇cm至15cm范围内的高度。
[〇〇19]根据一些实施例，所述硼层包括natB。
[0020]根据一些实施例，所述硼层具有0.232-0.694mg/cm2的质量厚度。
[〇〇21]根据一些实施例，所述硼层具有0.3-0.4mg/cm2的质量厚度。
[〇〇22]根据一些实施例，所述硼层具有0.37mg/cm2的质量厚度。
[0023]根据一些实施例，所述基体具有立方体或长方体形状。
[〇〇24]根据一些实施例，所述绝缘壁具有1微米至50微米范围内的厚度。
[〇〇25]根据一些实施例，所述绝缘壁具有5微米至20微米范围内的厚度。
[0026]根据一些实施例，所述绝缘壁包括芳纟仑纸。
[0027]根据本公开的另一方面，提供一种慢中子探测器，包括:如前所述的任一慢中子转换体，其中所述多个孔洞中填充电离工作气体；阴极极板，设置在所述慢中子转换体的一端；电子倍增器，设置在所述慢中子转换体的另一端；阳极极板，与所述电子倍增器相对设置，所述阴极极板和所述阳极极板用于在二者之间形成电场。
[0028]根据一些实施例，所述电子倍增器包括气体电子倍增器、微网平面气体探测器。
[0029]根据一些实施例，慢中子探测器还包括具有圆柱状结构的场笼，所述场笼围绕所述慢中子转换体。
[0030]根据一些实施例，所述场笼包括多个同轴铜圈，所述多个同轴铜圈用于分别加上梯度电压。
[0031]根据一些实施例，慢中子探测器还包括设置在所述场笼两侧的保护环。
[0032]根据本公开的慢中子转换体及慢中子探测器，能够保持较高的慢中子探测效率。另外，根据本公开的方案，可以降低探测器制作的复杂程度与制作的成本，从而实现有效、便捷、低成本的慢中子探测目的。
【附图说明】
[0033]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0034]图1示出根据本公开一示例实施方式的慢中子转换体的立体图；
[0035]图2示出图1所示的慢中子转换体的剖视图；
[〇〇36]图3示出根据本公开的慢中子转换体的慢中子探测效率与硼层质量厚度的关系图；
[0037]图4示出根据本公开一示例实施方式的慢中子探测器的结构图；
[〇〇38]图5示出根据本公开的慢中子探测器的工作原理图。
具体实施例
[0039]现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
[0040]此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
[0041]本公开提出一种新型探测器，利用硼层结构制作慢中子转换体，其完成慢中子吸收、带电粒子电离和电子漂移等功能，再利用电子倍增器件来实现信号的放大。
[〇〇42]图1示出根据本公开一示例实施方式的慢中子转换体的立体图。图2示出图1所示的慢中子转换体的剖视图。应理解，图1-2示意性示出的结构仅是根据本公开的慢中子转换体的一种示例，本公开并不限于此。
[0〇43]如图1-2所示，根据本公开的慢中子转换体100可包括基体120。
[0044]基体120可包括沿第一方向贯穿所述基体的多个孔洞124和所述多个孔洞之间的绝缘壁122。
[〇〇45]每个孔洞124可具有圆形或多边形截面。根据一些实施例，每个孔洞具有正多边形截面。根据另一些实施例，个孔洞具有正六边形截面且所述多个孔洞均匀排布，从而所述慢中子转换体具有蜂窝状结构，如图1-2所示，但本公开不限于此。孔洞124可用于填充电离工作气体，如后面所详细描述的。
[0046]如图2所示，慢中子转换体100还包括至少覆盖所述多个孔洞124的暴露表面的硼层126。根据一些实施例，可通过浸涂或其他合适的方式形成硼层126。
[0047]孔洞124可具有光滑的暴露表面，从而使覆盖基体122的硼层具有较好的均匀性和表面粗糙度(例如，小于〇.1微米的平整度)。
[0048]根据本公开，可使用natB(自然硼)或1()B(提纯硼)作为慢中子转换材料。
[0049]根据一些实施例，基体120具有立方体或长方体形状，但本公开不限于此。
[0050]根据一些实施例，绝缘壁122可具有1微米至50微米范围内的厚度。例如，绝缘壁可具有5微米至20微米范围内的厚度。
[0051 ] 根据一些实施例，绝缘壁122包括芳纶纸。
[〇〇52]图3示出根据本公开的慢中子转换体慢中子探测效率与硼层质量厚度关系的曲线图。
[〇〇53]如图3所示，如果使用natB作为慢中子转换材料，硼层的质量厚度