中子探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及中子探测技术领域，具体涉及一种中子探测器。
【背景技术】
[0002]中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有效探针。自英国物理学家查德威克(J.Chadwick)在1932年发现中子后，中子及中子散射技术的应用使人们对物质微观结构的认识日新月异。与X射线不同，中子不带电，能轻易的穿透电子层，与原子核发生核反应，其质量衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关。因此可以说中子是目前研究物质结构和动力学性质的理想探针。中子散射技术利用低能中子的波长与原子间距相近，同时能量和原子、分子的热运动能量大体相当，来研究物质结构和运动状态。散射后的中子需要用位置灵敏型中子探测器接收，以获得散射中子的出射角度分部，为分析物质结构提供有效信息。这要求中子探测器具有以下几点基本性能:高中子探测效率、高位置精度和可大面积探测。
[0003]由于中子不带电，一般利用核反应法进行探测。较为常用的有3He(n，p)3T、1Be (n，a )7Li和6Li(n，α ) 3T三种核反应，它们与中子的反应截面都比较大。其中3He (n，P) 3T核反应截面最大，且3He气体对gamma信号的灵敏度最低(中子散射中会带有很多gamma本底)，因此基于3He气体发展起来的中子探测器是目前最常用，且技术较成熟的中子探测手段，如美国GE Energy公司生产的高气压3He位置敏感正比计数器。然而，近年来出现3He气体资源严重供应不足的国际形势，近10年3He气体价格涨幅超过20倍，这一情况的出现使得中子散射谱仪继续使用高气压3He气体探测器搭建大规模探测系统几乎不再可能。
[0004]以新型闪烁体和光电读出结构为基础的中子探测器近几年发展迅速，目前在国际上几个中子散射谱仪上的闪烁体中子探测器，都是采用传统的平板结构，如图1所示。其工作原理为:入射中子与中子敏感闪烁体101中的某些核素发生核反应，产生的次级粒子(带电粒子)在闪烁体基材中损失能量，使得闪烁体基材产生闪烁光；由闪烁体基材表面出射的闪烁光被最近的波移光纤102收集，并在波移光纤102内实现波长转化和传输(转换为长波长的光在光纤内通过全反射角传输)，并最终达到波移光纤102末端；波移光纤102末端接光电转换器(图中未视图)，将接收到的光信号转化为电信号；光电转换器件后端接读出电子学，将电信号整形后读出。
[0005]该结构的探测器为得到入射中子的位置信息，波移光纤102需要横向和纵向排列，通过判断对应位置的波移光纤102是否有一定的光信号，来判断入射中子的位置，这样探测器的位置分辨受限于波移光纤102阵列的排列间距，很难做到Imm以下；同时后端的光电转换器件个数上要满足阵列读出的需求，每根光纤的后端都要接一个独立单元的光电转换器件，造价昂贵。读出电子学路数较为庞大，以250mm*250mm有效探测面积的探测器为例，其要实现2mm的位置探测，需要250路电子学，结构复杂。同时由于掺杂中子敏感核素后闪烁体自身的透光性会变差，所以中子敏感闪烁体101的厚度不能制备过厚，这就直接限制了该种结构探测器的中子探测效率。
【发明内容】
[0006]本申请提供一种成本低且探测效率高的中子探测器。
[0007]一种实施例中提供一种中子探测器，包括:
[0008]管状的中子敏感闪烁体；
[0009]波移光纤，波移光纤排布在闪烁体的表面，以形成对闪烁体的位置划分；
[0010]光电转换器，波移光纤的两末端分别延伸到光电转换器，以将输出的光親合到光电转换器，光电转换器将光信号转换成电信号输出。
[0011]依据上述实施例的中子探测器，由于中子敏感闪烁体呈管状，只需少量波移光纤就能够实现位置划分，波移光纤两端耦合的光电转换器数量就降低了，读出的电信号也减少，不仅降低了装置的成本，且提高了位置计算速度，即提高了探测效率。
【附图说明】
[0012]图1为现有技术中子探测器的结构示意图；
[0013]图2为本实用新型中子探测器一种实施例的结构示意图；
[0014]图3为本实用新型中子探测器一种实施例的侧视图；
[0015]图4为本实用新型中子探测器一种实施例波移光纤的结构示意图；
[0016]图5为本实用新型中子探测器一种实施例的剖视图；
[0017]图6为本实用新型中子探测器使用状态图。
【具体实施方式】
[0018]下面通过【具体实施方式】结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0019]如图2和图3所示，本实施例提供一种中子探测器，包括外层闪烁体201、内层闪烁体202、波移光纤203和光电转换器204。
[0020]外层闪烁体201和内层闪烁体202都为管形中空结构且长度一致的中子敏感闪烁体，外层闪烁体201和内层闪烁体202均为一体成型结构。一体成型的内层闪烁体202，若干条波移光纤203螺旋式平行缠绕在内层闪烁体202外表面上，使得中子入射的任何位置与闪烁体发现核反应，附近都有波移光纤203进行采集，波移光纤203之间不存在大的间隙，提高了探测的精度，且生产安装简单。
[0021]采用卷曲的中子敏感闪烁体和光纤，形成筒形夹心结构:最外和最内层均为中子敏感闪烁体，中间缠绕I?5根波移光纤实现闪烁光的收集与传输。卷曲后的闪烁体使中子经过敏感物质的路径增加(斜入射)，但由于中子核反应产生的次级粒子，其在闪烁体基材中产生的闪烁光为4 立体角发射，所以针对闪烁光的出射路径与平板状态下的闪烁体比较，保持不变，这就意味着同样厚度的闪烁体，卷曲后的中子探测效率会大大增加；同时结构上采用双层卷曲的闪烁体的结构，中子入射时经过的中子敏感闪烁体层数为4层，传统的平板型闪烁体中子探测器最多的中子敏感闪烁体层数为2层(波移光纤整列处在两层中子敏感闪烁体中间)，这又进一步增加了探测器的中子探测效率。
[0022]中子敏感闪烁体，主要是在闪烁体材料中掺杂中子敏感核素，利用中子敏感核素和中子核反应，产生次级带电粒子，次级带电粒子在闪烁体材料中产生电离辐射，损失能量，使得闪烁体材料产生闪烁光。闪烁光可被波移光纤203采集用于确定中子入射位置。外层闪烁体201和内层闪烁体202各自常用为掺6LiF的ZnS闪烁体、锂玻璃、掺6Li或1B的塑料闪烁体，其中掺6LiF的ZnS闪烁体是目前光产额最高的中子敏感闪烁体，同时其为粉末结构，各种形状的制备简单，故外层闪烁体201和内层闪烁体202优选为掺6LiF的ZnS闪烁体。外层闪烁体201的内径大于内层闪烁体202的外径，波移光纤203缠绕在内层闪烁体202外面上，外层闪烁体201包裹在波移光纤203外圆周上。
[0023]波移光纤203包括I?5条，螺旋式平行缠绕在内层闪烁体202的外表面上，以形成对闪烁体的位置划分，相邻两条波移光纤203之间的间距在O?5mm范围内均可。波移光纤203两端端面可通过光导材料或空气，耦合到光电转换器2