一种用于激光惯性约束聚变的中子探测装置的制作方法

本发明属于新能源-聚变能的研究领域，具体涉及一种用于激光惯性约束聚变的中子探测装置。

背景技术：

激光惯性约束聚变(inertialconfinementfusion，icf)装置是研究新能源-核聚变能的一种大型科学装置，其主要部分包括激光器、靶和屏蔽体，屏蔽体一般为中空球壳，球壳内部保持真空，球壳主要提供屏蔽中子的作用。靶位于球心，靶内充氢的同位素d或者d、t混合物，激光作用于靶时产生高温高压条件，靶内发生dd或者dt聚变反应释放能量。在dd和dt反应中都会产生中子，中子探测是支持相关能源科学研究的重要手段。由于激光icf产生的中子脉冲时间很短(～100ps)，并且不同实验条件下中子产额变化范围很大(10⁶～10¹³)，因此要求相应的中子探测器具备快的响应时间和大的动态范围。此外，由于中子与屏蔽球体材料作用产生大量γ射线，中子探测器应该尽可能降低γ射线产生的输出，从而减少对中子探测的干扰。

现有针对激光icf的中子测量普遍应用如图1所示的闪烁探测器，靶产生的中子进入闪烁体，与闪烁体物质作用后产生光子，光子被光电倍增管转换为电子并进行放大输出。

在不同实验条件下，激光icf的中子产额会跨越多个量级，在高产额情况下，闪烁体会出现发光饱和现象，从而使测量失真。首先，为实现对多个量级的中子产额的覆盖，通常需要使用多个探测器配合多种尺寸的闪烁体并布放在不同距离上；其次，闪烁探测器的时间响应特性受到多种因素影响，闪烁体自身厚度通常在cm量级，作为闪烁探测器的灵敏体，中子与闪烁体物质作用的时刻会有较大的不确定性；此外，探测器的时间响应与闪烁体的发光时间、发光衰减时间和光电倍增管的响应时间均有关，构成较为复杂。另外，闪烁体对γ射线也会产生输出，γ射线也可能影响光电倍增管的工作状态，由于靶产生的中子与屏蔽球作用后会产生大量γ射线，因此往往需要在闪烁探测器外部增加铅屏蔽，利用铅屏蔽降低γ射线对中子测量的影响。由此，闪烁探测器用于惯性约束聚变中子测量有不足之处。

现有技术中的“裂变-电子收集”中子探测器可用于中子信号探测，该类探测器工作时中子与八氧化三铀涂层中的铀发生核裂变反应并产生裂变碎片，裂变碎片在涂层中运动产生次级电子，部分次级电子从涂层表面飞出到达收集电极，“裂变-电子收集”中子探测器通过收集电极给出的电信号大小来测量中子数量。

然而，在中子信号探测过程中，上述“裂变-电子收集”中子探测器需要足够强度的外壳以保持真空环境，还需要配套的真空获取设备和真空监测系统，导致探测器体积大、较为笨重；测量环境中存在γ射线时，γ射线会从收集电极和涂层电极中打出电子，由此产生的信号形成噪音，对中子测量造成干扰。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种用于激光惯性约束聚变的中子探测装置。

本发明具体采用如下技术方案：

一种用于激光惯性约束聚变的中子探测装置，所述的中子探测装置包括一个中心电极及对称设置于中心电极两侧的收集电极i和收集电极ii，中心电极的外周镀有裂变材料层；所述的中心电极外接示波器，收集电极i和收集电极ii通过外接高压稳压直流电源加载有同一正高压，所述的中心电极、收集电极i和收集电极ii的形状、材料及尺寸均相同。

进一步，所述的各个电极厚度不超过0.1mm。

进一步，中心电极到示波器的连接线与收集电极i和收集电极ii到电源的连接线型号相同。

进一步，中心电极到示波器的连接线金属芯、收集电极i和收集电极ii到电源的连接线的金属芯均直径不超过电极厚度。

进一步，所述的裂变材料层的厚度为微米量级。

进一步，所述的中子测量单元的中心电极与收集电极i之间的距离、中心电极与收集电极ii之间的距离均小于10mm。

本发明用于激光惯性约束聚变的中子探测装置具有以下优点：

1、减少探测器用量，一个探测器尽可能对多个量级产额的中子进行覆盖；

2、减少中子与探测器灵敏体相互作用时刻的不确定性；

3、降低或者消除激光icf中gamma射线对中子测量的影响。

附图说明

图1为现有闪烁探测器测量示意图；

图2为现有“裂变-电子收集”中子探测器；

图3为本发明用于激光惯性约束聚变的中子探测装置；

图中，1.收集电极i2.中心电极3.收集电极ii4.裂变材料层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细解释。

一种用于激光惯性约束聚变的中子探测装置，所述的中子探测装置包括一个中心电极2及对称设置于中心电极2两侧的收集电极i1和收集电极ii3，所述的中心电极2的外周镀有裂变材料层4，所述的中心电极2外接示波器，中心电极两侧的收集电极i1和收集电极ii3加载有同一正高压，即收集电极i1和收集电极ii3外接直流稳压电源，所述的中心电极2、收集电极i1和收集电极ii3的形状、材料及尺寸均相同。

本发明用于激光惯性约束聚变的中子探测装置中，中心电极使用示波器测量信号。中子入射时，中子与中心电极2表面的裂变涂层4、5发生反应，产生裂变碎片，裂变碎片在涂层中运动产生次级电子，次级电子中的一部分从表面逃逸并被两侧加载正高压的收集电极1、3收集，中心电极因失去电子输出中子测量信号。由于裂变涂层的厚度很小(几个μm)，中子与其中裂变材料相互作用的时刻不确定度很小，可忽略。

γ射线入射时，γ射线与中子测量单元的三个电极相互作用产生电子，使中心电极得到或者失去电子。由于激光icf的靶位于屏蔽球中心，中子在屏蔽球上产生的γ射线在屏蔽球内没有特定的方向和能量分布，可看做是均匀场，由于收集电极1、3大小、厚度与中心电极2相同且对称放置，γ射线从收集电极1、3中击出到达中心电极2的电子，与从中心电极2中击出而达到收集电极1、3的电子数量相同，总的效果是中心电极因γ射线不会产生净的电子得失，因此不会对γ射线输出信号。

进一步，所述的各个电极厚度不超过0.1mm。

进一步，中心电极2到示波器的连接线与收集电极i1和收集电极ii3到电源的连接线型号相同。

进一步，中心电极2到示波器的连接线金属芯、与收集电极i1和收集电极ii3到电源的连接线金属芯直径均不超过电极厚度。

进一步，所述的裂变材料层4的厚度为微米量级。

进一步，所述的中子测量单元的中心电极2与收集电极i1之间的距离、中心电极2与收集电极ii3之间的距离均小于10mm。

本发明具备以下有益效果：

1、不需要用于保持真空环境的外壳以及配套的真空获取和监测系统；

2、探测器灵敏体(裂变涂层)很薄，中子与其中材料相互作用时刻不确定度可忽略；

3、探测器结构简单，时间响应构成也比较简单，其电流上升时间仅与电子被收集电极加速和收集的时间相关；

4、响应时间可调，可根据需求增加或者减小收集电压，改变电子收集时间，进而改变探测装置时间响应特性；

5、针对本发明探测装置，在高产额(如产额大于10¹²)中子条件下不会发生闪烁体光输出饱和的问题，探测器动态范围大，可减少相应的探测器用量。本发明探测装置直接输出电信号，其输出下限为示波器可测量下限，通常为1ma，其输出上限原则上没有限制，因此该探测装置可测范围跨越5个量级(输出上限以100a计)。

6、本发明探测装置采用严格对称结构，对γ射线输出形成抑制，使得中子信号的探测不受γ射线干扰。此外，通过限定本探测器信号连接线和电源连接线的类型和直径，从而进一步降低连接线产生的γ射线输出，测量中子时受γ射线的干扰可忽略不计。